في مجال المواد عالية التقنية، أصبح سيراميك نيتريد الألومنيوم (AlN)، مع موصليته الحرارية الممتازة وخصائص العزل الكهربائي الممتازة والقوة الميكانيكية الممتازة، المادة الأساسية في المجالات الرئيسية مثل التغليف الإلكتروني وإلكترونيات الطاقة ومعدات الاتصالات بالموجات الدقيقة. . ومع ذلك، يعد تحضير ركيزة نيتريد الألومنيوم عملية معقدة، حيث يكون لعملية التلبيد واختيار إضافات التلبيد تأثيرات مهمة على خصائص المنتج النهائي. في هذه الورقة، بدءًا من عملية تحضير الركيزة الخزفية، ستتم مناقشة اختيار إضافات التلبيد وتأثيرها على أداء الركيزة بالتفصيل، بالإضافة إلى الأبحاث الحدودية، وكيفية تحسين الأداء الشامل لركيزة نيتريد الألومنيوم عن طريق تحسين إضافات التلبيد وسيتم تحليل عملية التلبيد.

تكنولوجيا تحضير ركيزة نيتريد الألومنيوم

يتضمن تحضير ركيزة نيتريد الألومنيوم بشكل أساسي تحضير المواد الخام والخلط والقولبة والتلبيد والخطوات الرئيسية الأخرى.

1. تحضير المواد الخام

يعد تحضير المواد الخام هو الخطوة الأولى في تحضير الركيزة الخزفية من نيتريد الألومنيوم، والتي تتضمن بشكل أساسي اختيار ونسبة مسحوق نيتريد الألومنيوم ومسحوق الألومينا والمواد المضافة. باعتباره المادة الرئيسية، يجب أن يتمتع مسحوق نيتريد الألومنيوم بخصائص النقاء العالي، وحجم الجسيمات الصغيرة، ومساحة السطح المحددة الكبيرة، ومحتوى الكربون المنخفض، ومحتوى الأكسجين المنخفض. عادةً ما يتم استخدام مسحوق الألومينا كجزء من مادة مساعدة التلبيد لتكوين أكسيد مركب ذو نقطة انصهار منخفضة أثناء عملية التلبيد لتعزيز تكثيف سيراميك نيتريد الألومنيوم. يتم استخدام المواد المضافة لتنظيم خصائص القولبة وخصائص التلبيد والخواص الميكانيكية للمادة.

2. مزيج وشكل

في عملية الخلط، من الضروري خلط مسحوق نيتريد الألومنيوم ومسحوق الألومينا والمواد المضافة وفقًا لنسبة معينة لضمان توحيد واستقرار القوالب اللاحقة. يمكن أن يتم الخلط بالطريقة الجافة أو الرطبة. يتم إجراء عملية التشكيل عادة عن طريق الضغط على القوالب، أو القولبة بالحقن، أو القولبة بالقالب، وما إلى ذلك، ويتم تصنيع المواد الخام المختلطة في قوالب ذات شكل وحجم معين.

3. تلبيد

التلبيد هو العملية الأخيرة والخطوة الأكثر أهمية في تحضير الركيزة الخزفية من نيتريد الألومنيوم. في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة، يتم دمج الجزيئات الموجودة في قطعة العمل عن طريق التلبيد لتكوين ركيزة خزفية كثيفة. في عملية التلبيد، يجب التحكم في درجة الحرارة والغلاف الجوي والوقت لضمان جودة تشكيل وأداء الركيزة الخزفية. تشمل عمليات التلبيد شائعة الاستخدام تلبيد الضغط الساخن، والتلبيد غير الملح، وتلبد الميكروويف، وتلبد البلازما التفريغ، والتلبيد ذاتي الانتشار.

اختيار إضافات التلبيد وتأثيرها على خواص الركيزة

تلعب إضافات التلبيد دورًا مهمًا في تحضير ركائز سيراميك نيتريد الألومنيوم. وهي تتفاعل مع تركيبة الألومينا الموجودة على سطح جسيم نيتريد الألومنيوم لتكوين أكسيد مركب ذو نقطة انصهار منخفضة، مما يؤدي إلى ظهور مرحلة سائلة في الجسم الملبد. تحيط هذه المراحل السائلة بجزيئات نيتريد الألومنيوم، ويحدث إعادة ترتيب الجسيمات وتفريغ المسام الداخلي تحت تأثير القوة الشعرية، وأخيرًا يتم تحقيق التلبيد المدمج لسيراميك نيتريد الألومنيوم.

1. إضافات التلبيد شائعة الاستخدام

تشمل المواد المساعدة للتلبيد شائعة الاستخدام لركائز سيراميك نيتريد الألومنيوم CaO، وLi2O، وB2O3، وY2O3، وCaF2، وCaC2، وCeO2. تلعب هذه المواد دورًا مزدوجًا في عملية التلبيد: أولاً، تتحد مع أكسيد الألومنيوم على سطح جزيئات نيتريد الألومنيوم لتكوين ألومينات سائلة، وتسريع نقل الكتلة وتعزيز التلبيد؛ ثانيًا، يمكنها التفاعل مع الأكسجين لتقليل محتوى الأكسجين الشبكي وزيادة التوصيل الحراري لسيراميك نيتريد الألومنيوم.

2. مبدأ اختيار إضافات التلبيد

عند اختيار إضافات التلبيد، من الضروري مراعاة تأثيرها على خصائص الركيزة الخزفية من نيتريد الألومنيوم. من ناحية، ينبغي أن تعمل إضافات التلبيد على تعزيز تكثيف سيراميك نيتريد الألومنيوم، وتحسين التوصيل الحراري والقوة الميكانيكية؛ من ناحية أخرى، يجب أن تتجنب إضافات التلبيد إدخال الشوائب المفرطة، حتى لا تؤثر على خصائص العزل الكهربائي والاستقرار الكيميائي لسيراميك نيتريد الألومنيوم. لذلك، عند اختيار إضافات التلبيد، هناك حاجة إلى الكثير من التجارب والتحسين لتحديد أفضل صيغة لإضافات التلبيد.

3. تأثير إضافات التلبيد على أداء الركيزة

إن اختيار ومحتوى إضافات التلبيد له تأثير كبير على أداء الركيزة الخزفية من نيتريد الألومنيوم. على سبيل المثال، Y2O3، باعتباره أحد إضافات التلبيد شائعة الاستخدام، يمكن أن يحسن بشكل كبير التوصيل الحراري وقوة الانحناء لسيراميك نيتريد الألومنيوم عندما يكون المحتوى معتدلاً. ومع ذلك، عندما يكون محتوى Y2O3 مرتفعًا جدًا، سيتم تشكيل مرحلة Y-Al-O، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في التوصيل الحراري. لذلك، عند تحضير ركيزة سيراميك نيتريد الألومنيوم، من الضروري التحكم بدقة في محتوى إضافات التلبيد للحصول على أفضل أداء.

تحسين أداء الركيزة AlN

من أجل تلبية المتطلبات العالية لأداء ركائز سيراميك نيتريد الألومنيوم في مجالات التطبيق المختلفة، يستكشف الباحثون باستمرار إضافات تلبيد جديدة، وتحسين عمليات التلبيد وتطوير تقنيات تحضير جديدة.

1. تطوير إضافات تلبيد جديدة

من أجل زيادة تحسين أداء ركائز سيراميك نيتريد الألومنيوم، يعمل الباحثون بنشاط على تطوير إضافات تلبيد جديدة. على سبيل المثال، من خلال إدخال عناصر أرضية نادرة أو عناصر معدنية انتقالية، يمكن تحسين البنية الشبكية لسيراميك نيتريد الألومنيوم لتحسين التوصيل الحراري والخواص الميكانيكية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحقيق مجموعة متنوعة من الخصائص من خلال استخدام إضافات التلبيد المركبة.

2. تحسين عملية التلبيد

يعد تحسين عملية التلبيد هو المفتاح لتحسين أداء الركيزة الخزفية من نيتريد الألومنيوم. من خلال ضبط درجة حرارة التلبيد، ووقت الاحتفاظ والغلاف الجوي، يمكن التحكم بدقة في البنية المجهرية لسيراميك نيتريد الألومنيوم. على سبيل المثال، يمكن لطرق التلبيد السريعة مثل تلبيد الميكروويف أو تلبيد البلازما التفريغ تقصير وقت التلبيد بشكل كبير وتحسين كفاءة الإنتاج. وفي الوقت نفسه، يمكن تحسين البنية المجهرية وخصائص سيراميك النتريد بشكل أكبر من خلال التحكم الدقيق في محتوى الأكسجين وتدرج درجة الحرارة في جو التلبيد.

3. ابتكار تكنولوجيا التحضير

مع التطوير المستمر لتكنولوجيا التحضير، يستكشف الباحثون باستمرار طرق تحضير جديدة لتحسين أداء ركائز سيراميك نيتريد الألومنيوم. على سبيل المثال، يمكن تحقيق التحضير الدقيق لركيزة سيراميك نيتريد الألومنيوم باستخدام تقنيات القولبة المتقدمة مثل قولبة الصب وقولبة الحقن. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحسين أداء اللحام والاستقرار ومقاومة التآكل لركيزة سيراميك نيتريد الألومنيوم بشكل أكبر عن طريق طلاء النحاس غير الكهربائي، وتغليف الركيزة الخزفية وغيرها من عمليات ما بعد المعالجة.

الخلاصة

وباختصار، فإن تحضير الركيزة الخزفية من نيتريد الألومنيوم واختيار إضافات التلبيد لها تأثيرات مهمة على خصائصها. يمكن تحسين الخصائص الشاملة لركيزة سيراميك نيتريد الألومنيوم بشكل كبير من خلال تحسين الصيغة المساعدة للتلبيد، وتحسين عملية التلبيد وتطوير تكنولوجيا تحضير جديدة. في المستقبل، مع التطوير المستمر لعلوم المواد وتكنولوجيا التحضير، سيتم توسيع مجال تطبيق ركيزة سيراميك نيتريد الألومنيوم بشكل أكبر، مما يوفر دعمًا قويًا لتطوير التغليف الإلكتروني وأجهزة الطاقة الإلكترونية ومعدات اتصالات الميكروويف. في الوقت نفسه، نحتاج أيضًا إلى إيلاء اهتمام وثيق لاتجاه تطوير التقنيات الجديدة والمواد الجديدة، وتوسيع أفق البحث باستمرار، وتعزيز التقدم المستمر والابتكار في تكنولوجيا الركيزة الخزفية من نيتريد الألومنيوم.