Les substrats en céramique au nitrure en aluminium ont une conductivité thermique extrêmement élevée, un taux d'isolation électrique élevé et des propriétés de dilatation thermique similaires à celles des matériaux semi-conducteurs comme les tranches de silicium. Ils sont largement utilisés dans l'industrie des emballages électroniques.
Le leader du marché de la poudre de matières premières au nitrure en aluminium est Tokuyama Corporation of Japan. Il a une production annuelle de 840 tonnes de poudre de nitrure d'aluminium et représente environ 75% de la part de marché mondiale. Tokuyama utilise principalement la méthode de réduction carbothermale pour produire et préparer la poudre de nitrure d'aluminium de qualité électronique de haute pureté.
Les avantages de la méthode de réduction carbothermale sont qu'il peut utiliser une large gamme de matières premières (AL2O3) et obtenir un contrôle de processus stable en même temps. Le principe du processus de la méthode de réduction carbothermale est le suivant: lorsque l'AL2O3 et C uniformément mixtes sont chauffés dans une atmosphère N2, l'Al2O3 est d'abord réduit, puis le produit résultant Al réagit avec N2 pour générer l'ALN. Sa formule de réaction chimique est al2O3 (s) + 3c (s) + n2 (g) → 2Aln (s) + 3CO (g). Cette méthode a un processus simple, une pureté de poudre élevée, une petite taille de particules et une distribution uniforme. Cependant, le temps de synthèse est long, la température de nitrade est relativement élevée et un carbone excessif doit être éliminé après la réaction. Si l'élimination du carbone n'est pas minutieuse et que la teneur en carbone résiduel dans la poudre de nitrure d'aluminium est trop élevée, elle aura un grand impact sur les performances de la poudre. La poudre de qualité H de Tokuyama peut contrôler la teneur en carbone résiduelle à ≤ 280 ppm, et la poudre de qualité G peut le contrôler à ≤ 200 ppm.
La teneur excessive résiduelle en carbone a les principaux impacts suivants sur les substrats en céramique au nitrure d'aluminium:
Impact sur le processus de frittage: Pendant le processus de frittage de la céramique au nitrure d'aluminium, la teneur en carbone résiduel affectera le degré de densification et la microstructure du corps fritté. Une teneur en carbone résiduelle trop élevée peut entraîner l'apparition de trous ou de fissures dans le corps fritté, réduisant ainsi les propriétés mécaniques et la stabilité thermique du matériau.
Impact sur la conductivité thermique: l'existence d'une teneur en carbone résiduelle affectera directement la conductivité thermique de la céramique au nitrure d'aluminium. Étant donné que la conductivité thermique du carbone est bien inférieure à celle du nitrure d'aluminium, une augmentation de la teneur en carbone résiduel entraînera une diminution de la conductivité thermique globale de la céramique au nitrure d'aluminium.
Impact sur les propriétés mécaniques: la teneur en carbone résiduelle affectera également les propriétés mécaniques de la céramique au nitrure d'aluminium, telles que la résistance à la flexion et la ténacité à la fracture. Des études expérimentales ont montré que à mesure que la température diminue, la résistance à la flexion et la ténacité de fracture de la céramique de nitrure d'aluminium contenant une quantité appropriée de carbone résiduel augmenteront dans une certaine mesure. Cependant, si la teneur en carbone résiduelle est trop élevée, elle peut entraîner une concentration de contrainte à l'intérieur du matériau et ensuite réduire ses propriétés mécaniques.
Impact sur les propriétés électriques: pour les champs d'application qui nécessitent une isolation électrique élevée, l'existence d'une teneur en carbone résiduelle peut réduire les performances d'isolation électrique de la céramique au nitrure d'aluminium. Parce que le carbone lui-même est un matériau conducteur, une teneur en carbone résiduelle trop élevée augmentera la conductivité électrique du matériau, affectant ainsi son application dans le champ électronique.
