لقد وجد العلماء أن البنية المجهرية ومحتوى شوائب الأكسجين هما أهم عاملين يؤثران على التوصيل الحراري لسيراميك AlN. لذلك، من أجل تحسين التوصيل الحراري لسيراميك AlN، يجب إيلاء المزيد من الاهتمام لإعداد المواد الخام لمسحوق السيراميك وعملية التلبيد - وتظهر الأبحاث التجريبية المستمرة أن تكرير مسحوق نيتريد الألومنيوم الأصلي وإضافة إضافات تلبيد مناسبة بدرجة حرارة منخفضة حلول فعالة.
اختيار المواد الخام للمسحوق
يعد مسحوق نيتريد الألومنيوم هو الشرط الأساسي والمفتاح لتحضير مواد سيراميك نيتريد الألومنيوم ذات الخصائص الممتازة. القوة الدافعة لعملية تلبيد نيتريد الألومنيوم هي الطاقة السطحية، ويمكن للجزيئات الدقيقة لمسحوق AlN أن تعزز نشاط التلبيد، وتزيد من قوة التلبيد وتسريع عملية التلبيد. تم التأكيد على أنه عندما يكون حجم الجسيمات الأولية لمسحوق نيتريد الألومنيوم الأصلي أصغر 20 مرة، فإن معدل تلبيد السيراميك سيزيد بمقدار 147 مرة.
في الوقت نفسه، من أجل منع إعادة التبلور الثانوي، يجب أن يكون حجم الجسيمات للمسحوق الأصلي أيضًا ناعمًا وموحدًا، إذا كان هناك عدد صغير من الجزيئات الكبيرة في الجسيم، فمن السهل أن يحدث نمو غير طبيعي للحبوب ولا يحدث ذلك. يفضي إلى التكثيف والتلبيد. إذا لم يكن توزيع الجسيمات منتظمًا، فمن السهل أن يحدث نمو غير طبيعي للبلورات الفردية أثناء عملية التلبيد ويؤثر على التلبيد.
بالإضافة إلى ذلك، تتأثر أحيانًا آلية تلبيد سيراميك نيتريد الألومنيوم بحجم المسحوق الأصلي. يتم تلبيد مسحوق نيتريد الألومنيوم بالميكرومتر وفقًا لآلية نشر الحجم، بينما يتم تلبيد المسحوق النانوي وفقًا لآلية انتشار حدود الحبوب أو آلية الانتشار السطحي.
كوراموت وآخرون. أظهر أنه في ظل فرضية عدم إضافة أي إضافات تلبيد بدرجة حرارة منخفضة، عندما كانت مساحة السطح المحددة لمسحوق نيتريد الألومنيوم حوالي 3 م 2 / جم، لم يتمكن نيتريد الألومنيوم من الوصول إلى الحرق الكثيف حتى عند درجة حرارة عالية تبلغ 1900 درجة مئوية، في حين أن كان حجم الجسيمات 80-100 نانومتر، وكانت مساحة السطح المحددة 40 ~ 50 م 2 / جم وكان حجم الجسيمات حوالي 0.11 ميكرومتر. يمكن لمسحوق نيتريد الألومنيوم بمساحة سطحية محددة تبلغ 16.6 م2 / جم أن يصل بشكل أساسي إلى الكثافة النظرية عند تلبيده عند درجة حرارة 1700 درجة مئوية.
أكد هاشيموتو وبانشولا ويينغ أن إضافة كمية مناسبة من مسحوق نيتريد الألومنيوم نانومتر إلى مسحوق نيتريد الألومنيوم الأصلي يمكن أن يحقق تلبيدًا مدمجًا لسيراميك نيتريد الألومنيوم عند درجة حرارة 1700 درجة مئوية تحت الضغط العادي. واتاري وآخرون. يُظهر بحث s أيضًا أن أداء تلبيد سيراميك نيتريد AL يتناسب بشكل مباشر مع دقة المسحوق الأصلي، أي أنه كلما كان المسحوق الأصلي أكثر دقة، كان أداء التلبيد أفضل.
على الرغم من أن اختيار مسحوق حجم الجسيمات الدقيقة والموحدة يمكن أن يقلل من درجة حرارة تلبيد سيراميك نيتريد الألومنيوم إلى حد ما، إلا أنه من الصعب تحضير نظام مسحوق نيتريد الألومنيوم الناعم والموحد، في الغالب من خلال الطريقة الكيميائية الرطبة مع طريقة الاختزال الكربوثيرمال، ليس فقط عملية التلبيد معقدة، واستهلاك الطاقة كبير، وغير مناسب للترويج والتطبيق على نطاق واسع. يمكن أن تؤدي إضافة إضافات التلبيد المناسبة إلى تقليل درجة حرارة تلبيد سيراميك AlN بشكل كبير وتحسين بعض خصائص سيراميك AlN. وفي الوقت الحاضر، تم تطبيق ودراسة هذه الطريقة على نطاق واسع.
اختيار إضافات التلبيد
في الوقت الحاضر، الطريقة الأكثر شيوعًا لتلبيد ركيزة نيتريد الألومنيوم هو إضافة إضافات تلبيد مناسبة والتلبيد تحت الضغط العادي. لا يمكن لهذه الطريقة تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير فحسب، بل يمكنها أيضًا إعداد سيراميك AlN عالي الأداء. أظهرت النتائج أنه يمكن إنتاج الطور السائل في عملية تلبيد آل نيتريد عن طريق إضافة بعض إضافات التلبيد ذات نقطة انصهار منخفضة، ويمكن تعزيز التلبيد الكثيف لجنين نيتريد.
بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن لبعض إضافات التلبيد إنتاج الطور السائل لتعزيز التلبيد فحسب، بل تتفاعل أيضًا مع شوائب الأكسجين في شبكة نيتريد الألومنيوم لإزالة شوائب الأكسجين وتنقية الشبكة، وبالتالي تحسين التوصيل الحراري لسيراميك AlN. ومع ذلك، لا يمكن إضافة إضافات التلبيد بشكل أعمى، ويجب أن تكون الكمية المضافة مناسبة أيضًا، وإلا فقد يكون لها تأثير سلبي. على سبيل المثال، الإفراط في إضافة إضافات التلبيد سيؤدي إلى ظهور عدد كبير من المراحل الثانية، مما سيؤدي إلى تقليل التوصيل الحراري لـ AlN بشكل كبير.
هيرانو وآخرون. تم الحصول على سيراميك AlN مكثف مع موصلية حرارية تبلغ 114 وات/م · كلفن فقط عن طريق الاحتفاظ بمسحوق AlN دون إضافة إضافات تلبيد عند درجة حرارة 1900 درجة مئوية لمدة 8 ساعات، بينما زادت الموصلية الحرارية إلى 218 وات/م · كلفن بإضافة 4% Y2O3 تحت نفس الظروف. ليو وآخرون. قام بدراسة تلبيد سيراميك AlN تحت جو N2 عند درجة حرارة 1650 درجة مئوية بدون ضغط باستخدام Dy 23 كعامل تلبيد، وحصل على سيراميك AlN بموصلية حرارية تبلغ 156 وات/م·ك. أظهرت النتائج أن Dy 23 يمكنه إزالة شوائب الأكسجين بشكل فعال في نيتريد الألومنيوم وتحسين التوصيل الحراري لسيراميك ALN. واتاري وآخرون. تمت إضافة LiYO 2-CaO ومتكلس عند درجة حرارة 1600 درجة للحصول على سيراميك AlN بموصلية حرارية أكبر من 170 وات/م·ك. حقق Zhou Heping وQiao Liang تلبيدًا مدمجًا لسيراميك نيتريد الألومنيوم عند درجة حرارة تلبيد منخفضة تبلغ 1650 درجة مئوية عن طريق إضافة عامل تلبيد مركب CaF 2-y 2 O 3-Li 2 CO 3 إلى نيتريد الألومنيوم، وكانت الموصلية الحرارية كما يلي: يصل إلى 177 وات/م·ك.
