과학자들은 미세구조와 산소 불순물 함량이 AlN 세라믹의 열전도율에 영향을 미치는 가장 중요한 두 가지 요소라는 사실을 발견했습니다. 따라서 AlN 세라믹의 열전도도를 향상시키기 위해서는 세라믹 분말 원료의 제조 및 소결 공정에 더 많은 관심을 기울여야 하며, 지속적인 실험 연구를 통해 원래의 질화알루미늄 분말을 정제하고 적절한 저온 소결 첨가제를 첨가하는 것이 좋은 것으로 나타났습니다. 효과적인 솔루션입니다.
분말원료의 선정
질화알루미늄 분말은 우수한 특성을 갖는 질화알루미늄 세라믹 재료를 제조하기 위한 전제조건이자 핵심이다. 질화알루미늄 소결 공정의 원동력은 표면 에너지이며, AlN 분말의 미립자는 소결 활성을 높이고 소결력을 높이며 소결 공정을 가속화할 수 있습니다. 원래의 질화알루미늄 분말의 초기 입자크기가 20배 작아지면 세라믹의 소결속도가 147배 증가하는 것을 확인하였다.
동시에 2차 재결정을 방지하기 위해서는 원분말의 입자크기도 미세하고 균일해야 하며, 입자에 큰 입자가 적을 경우에는 비정상적인 입성장이 일어나기 쉽고 발생하지 않는다. 치밀화 및 소결에 도움이 되며; 입자 분포가 균일하지 않으면 소결 과정에서 개별 결정의 비정상적인 성장이 일어나기 쉽고 소결에 영향을 미칩니다.
또한, 질화알루미늄 세라믹스의 소결 메커니즘은 원분말의 크기에 따라 영향을 받는 경우도 있다. 마이크로미터 질화알루미늄 분말은 부피 확산 메커니즘에 따라 소결되는 반면, 나노 규모 분말은 입계 확산 또는 표면 확산 메커니즘에 따라 소결된다.
Kuramotet al. 저온 소결 첨가제를 첨가하지 않는다는 전제하에 질화알루미늄 분말의 비표면적이 약 3m 2 /g일 때 질화알루미늄은 1900℃의 고온에서도 조밀한 소성에 도달할 수 없는 반면, 입자크기는 80~100nm, 비표면적은 40~50m 2 /g, 입자크기는 약 0.11μm이었다. 비표면적이 16.6m2/g인 질화알루미늄 분말은 기본적으로 1700°C에서 소결하면 이론 밀도에 도달할 수 있습니다.
Hashimoto, Panchula 및 Ying은 원래의 질화알루미늄 분말에 적당량의 나노미터 질화알루미늄 분말을 첨가하면 상압 하에서 1700°C에서 질화알루미늄 세라믹의 치밀한 소결을 달성할 수 있음을 확인했습니다. Watariet al. 의 연구는 또한 AL 질화물 세라믹의 소결 성능이 원 분말의 미세도에 정비례한다는 것을 보여줍니다. 즉, 원 분말이 미세할수록 소결 성능이 더 좋습니다.
미세하고 균일한 입자크기의 분말을 선택하면 질화알루미늄 세라믹의 소결온도를 어느 정도 낮출 수 있으나, 미세하고 균일한 질화알루미늄 분말 시스템을 제조하기가 어렵고, 주로 탄소열환원법과 결합된 습식 화학적 방법을 통해서는 소결 공정이 복잡하고 에너지 소비가 많아 대규모 홍보 및 적용에 적합하지 않습니다. 적합한 소결 첨가제를 첨가하면 AlN 세라믹의 소결 온도를 크게 낮추고 AlN 세라믹의 일부 특성을 향상시킬 수 있습니다. 현재 이 방법은 널리 적용되고 연구되고 있다.
소결첨가제의 선택
현재 가장 많이 사용되는 질화알루미늄 기판 소결 방법 적합한 소결 첨가제를 첨가하고 상압 하에서 소결하는 것입니다. 이 방법은 에너지 소비를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 고성능 AlN 세라믹을 제조할 수 있습니다. 이상의 결과는 일부 저융점 소결첨가제를 첨가함으로써 질화알루미늄의 소결공정에서 액상이 생성될 수 있으며, 질화알루미늄 배아의 치밀한 소결이 촉진될 수 있음을 보여준다.
또한, 일부 소결 첨가제는 액상을 생성하여 소결을 촉진할 수 있을 뿐만 아니라 질화알루미늄 격자 내의 산소 불순물과 반응하여 산소 불순물을 제거하고 격자를 정화함으로써 AlN 세라믹의 열전도도를 향상시킬 수 있다. 그러나 소결첨가제를 무턱대고 첨가할 수는 없으며 첨가량도 적당해야 하며, 그렇지 않으면 부작용이 발생할 수 있다. 예를 들어, 소결 첨가제를 과도하게 첨가하면 다수의 2차 상이 출현하여 AlN의 열전도도가 크게 감소합니다.<38>
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<41>Hiranoet al. 는 소결 첨가제를 첨가하지 않고 AlN 분말을 1900°C에서 8시간 동안 유지하여 열전도도가 114W/m·K에 불과한 치밀화된 AlN 세라믹을 얻었으며, 동일한 조건에서 4% Y2O3를 첨가하면 열전도도가 218W/m·K로 증가했습니다. Liu et al. 는 소결제로 Dy 23을 사용하여 압력 없이 1650°C에서 N2 분위기 하에서 AlN 세라믹을 소결하는 방법을 연구하여 열전도도가 156W/m·k인 AlN 세라믹을 얻었습니다. 결과는 Dy 23이 질화알루미늄의 산소 불순물을 효과적으로 제거하고 ALN 세라믹의 열전도도를 향상시킬 수 있음을 보여주었습니다. Watariet al. LiYO 2-CaO를 첨가하고 1600°C에서 소결하여 170W/m·K 이상의 열전도도를 갖는 AlN 세라믹을 얻었습니다. Zhou Heping과 Qiao Liang은 질화알루미늄에 복합소결제 CaF2-y2O3-Li2CO3를 첨가하여 1650℃의 낮은 소결온도에서 질화알루미늄 세라믹의 치밀한 소결을 달성하였으며, 열전도도는 다음과 같았다. 최고 177W/m·K.<42>
