La céramique de nitrure d'aluminium présente les avantages d'une conductivité thermique élevée, d'une bonne isolation électrique et de propriétés diélectriques dans un environnement à haute température, d'une résistance élevée du matériau à haute température, d'un faible coefficient de dilatation thermique correspondant aux matériaux semi-conducteurs en silicium, non toxique, etc., le nitrure d'aluminium AlN est un matériau de dissipation thermique idéal pour les substrats céramiques et les emballages électroniques. Le noyau et l'indice de performance clé de la céramique au nitrure d'aluminium sont une conductivité thermique élevée. Bien que la conductivité thermique du nitrure d'aluminium puisse atteindre 320 W/(m·K) en théorie, la conductivité thermique des produits réels est causée par les impuretés et les défauts du nitrure d'aluminium. Le taux est inférieur à 200W/(m·K). Les principaux facteurs affectant la conductivité thermique des céramiques de nitrure d'aluminium sont la teneur en oxygène du réseau cristallin, la densité, la microstructure et la pureté de la poudre. Ce qui suit est une introduction à plusieurs facteurs majeurs.
1. Teneur en oxygène et impuretés
Pour les céramiques de nitrure d'aluminium, en raison de sa forte affinité pour l'oxygène, les impuretés d'oxygène sont faciles à diffuser dans le réseau AlN pendant le processus de frittage, ce qui est directement lié à une variété de défauts et est la principale source d'affecter la conductivité thermique du nitrure d'aluminium . Dans la diffusion des défauts de phonons, le rôle principal est la présence d'impuretés d'oxygène et d'alumine. Étant donné que le nitrure d'aluminium est facilement hydrolysé et oxydé, un film d'oxyde d'aluminium se forme à la surface et l'oxyde d'aluminium est dissous dans le réseau cristallin de nitrure d'aluminium. Faire apparaître le réseau cristallin de nitrure d'aluminium anharmonique, affecter la diffusion des phonons, de sorte que la conductivité thermique des céramiques de nitrure d'aluminium est fortement réduite.
2. Densité
Selon la conductivité thermique du nitrure d'aluminium, un grand nombre de pores dans les échantillons de faible densité affectera la diffusion des phonons, réduira leur libre parcours moyen et réduira ainsi la conductivité thermique des céramiques de nitrure d'aluminium. Dans le même temps, les propriétés mécaniques des échantillons à faible densité peuvent ne pas répondre aux exigences des applications associées. Par conséquent, une densité élevée est une condition préalable pour que les céramiques de nitrure d'aluminium aient une conductivité thermique élevée.
3. Microstructure
La microstructure des céramiques de nitrure d'aluminium a une correspondance biunivoque avec ses propriétés thermodynamiques. La microstructure comprend la taille des grains, la morphologie, ainsi que le contenu et la distribution de la deuxième phase du joint de grains. La céramique de nitrure d'aluminium réelle est un polycristallin multiphasé, qui est principalement composé de phase cristalline de nitrure d'aluminium, de seconde phase d'aluminate (phase de joint de grain) et de pores et autres défauts. En plus d'étudier les défauts de réseau du nitrure d'aluminium, de nombreuses personnes ont également étudié les grains cristallins, la morphologie des joints de grains, la composition, la nature, le contenu et la distribution de la phase des joints de grains du nitrure d'aluminium, et leur relation avec la conductivité thermique. Après des recherches approfondies, il est généralement admis que la distribution de la deuxième phase d'aluminate a l'influence la plus importante sur la conductivité thermique.
