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科学者らは、微細構造と酸素不純物含有量が、AlN セラミックの熱伝導率に影響を与える 2 つの最も重要な要素であることを発見しました。したがって、AlNセラミックスの熱伝導率を改善するには、セラミック粉末原料の調製と焼結プロセスにさらに注意を払う必要があり、継続的な実験研究により、元の窒化アルミニウム粉末を精製し、適切な低温焼結助剤を添加することが、効果的な解決策。

粉末原料の選択

窒化アルミニウム粉末は、優れた特性を備えた窒化アルミニウムセラミック材料を製造するための必須条件であり、鍵となります。窒化アルミニウム焼結プロセスの原動力は表面エネルギーであり、AlN 粉末の微粒子は焼結活性を高め、焼結力を高め、焼結プロセスを加速します。元の窒化アルミニウム粉末の初期粒子サイズが 20 倍小さい場合、セラミックの焼結速度は 147 倍増加することが確認されています。[8]。 <9><10> <11>同時に、二次再結晶を防ぐために、元の粉末の粒径も細かく均一である必要があります。粒子内に大きな粒子が少数あると、異常粒成長が発生しやすくなり、結晶粒成長が困難になります。緻密化と焼結を促進します。粒子分布が不均一であると、焼結時に個々の結晶の異常成長が発生しやすくなり、焼結に影響を及ぼします。 <12> <13>さらに、窒化アルミニウムセラミックスの焼結機構は、元の粉末のサイズによって影響を受けることがあります。マイクロメートルの窒化アルミニウム粉末は体積拡散機構に従って焼結されるのに対し、ナノスケールの粉末は粒界拡散または表面拡散機構に従って焼結される<14>。 <15><16> <17>クラモットら。らは、低温焼結助剤を添加しないという前提の下では、窒化アルミニウム粉末の比表面積が約3m 2 /gの場合、1900℃の高温でも窒化アルミニウムは緻密な焼成に達しないことを示した。粒径は80～100nm、比表面積は40～50m 2 /g、粒径は約0.11μmであった。比表面積 16.6 m2 /g の窒化アルミニウム粉末は、1700℃で焼結すると基本的に理論密度に達します。 <18> <19> <20> <21>橋本氏、パンチュラ氏、イン氏は、元の窒化アルミニウム粉末に適切な量のナノメートル窒化アルミニウム粉末を添加すると、常圧下で1700℃で窒化アルミニウムセラミックの緻密な焼結が達成できることを確認した。渡利ら。の研究はまた、AL 窒化物セラミックの焼結性能が元の粉末の細かさに直接比例すること、つまり元の粉末が微細であればあるほど、焼結性能が向上することも示しています。 <23><24> <25>細かくて均一な粒子サイズの粉末を選択すると、窒化アルミニウムセラミックの焼結温度をある程度下げることができますが、細かくて均一な窒化アルミニウム粉末システムを調製することは困難であり、主に炭素熱還元法と組み合わせた湿式化学法によって行われます。焼結プロセスが複雑でエネルギー消費が大きいため、大規模なプロモーションや応用には適していません。適切な焼結助剤を添加すると、AlN セラミックの焼結温度が大幅に低下し、AlN セラミックの一部の特性が改善されます。現在、この方法は広く応用され、研究されています[26]。 <27><28> <29>焼結助剤の選択<30> <31>現在最も一般的な焼結方法<32>窒化アルミニウム基板<33> 適切な焼結助剤を添加し、常圧下で焼結することです。この方法は、エネルギー消費を大幅に削減できるだけでなく、高性能の AlN セラミックスを製造することもできます。結果は、低融点のいくつかの焼結助剤を添加することによって窒化アルミニウムの焼結プロセスにおいて液相を生成することができ、窒化アルミニウム胚の緻密な焼結を促進できることを示している。 <35><36> <37>さらに、いくつかの焼結添加剤は、液相を生成して焼結を促進するだけでなく、窒化アルミニウム格子内の酸素不純物と反応して酸素不純物を除去し、格子を浄化し、それによってAlNセラミックの熱伝導率を改善することができる。ただし、焼結助剤はやみくもに添加することはできず、添加量も適切でなければ悪影響を与える可能性があります。たとえば、焼結助剤を過剰に添加すると、多数の第 2 相の出現につながり、AlN の熱伝導率が大幅に低下します [38]。 <39> <40> <41>平野ら。 AlN 粉末を焼結助剤を添加せずに 1900℃で 8 時間保持することにより、熱伝導率がわずか 114W/m・K の緻密な AlN セラミックスが得られましたが、同じ条件下で 4% Y2O3 を添加すると熱伝導率は 218W/m・K に増加しました。劉ら。らは、焼結剤としてDy 23を使用し、N2雰囲気下、1650℃で圧力をかけずにAlNセラミックスの焼結を研究し、熱伝導率156W/m・kのAlNセラミックスを得た。結果は、Dy 23 が窒化アルミニウム中の酸素不純物を効果的に除去し、ALN セラミックの熱伝導率を向上させることができることを示しました。渡利ら。 LiYO 2-CaO を添加し、1600℃で焼結して、熱伝導率 170W/m・K 以上の AlN セラミックスを得ます。 Zhou Heping と Qiao Liang は、複合焼結剤 CaF 2-y 2 O 3-Li 2 CO 3 を窒化アルミニウムに添加することにより、1650℃の低い焼結温度で窒化アルミニウムセラミックスの緻密な焼結を達成し、その熱伝導率は177W/m・K という高さです<42>。