提高AlN热导率的方法有哪些？

氮化铝（AlN）陶瓷 因其优异的导热性，广泛应用于电子封装和散热领域。然而，杂质和烧结条件会显著影响其性能。本文探讨了提高氮化铝 (AlN) 导热性的关键方法，包括粉末净化、烧结助剂、工艺优化和延长烧结时间。

（1）控制AlN粉末质量，降低氧杂质含量

改进合成方法： 氮化铝粉末 的粒径小于1μm、氧含量为1%的高纯粉末是制备高热导率AlN陶瓷的前提。此外，对于含有烧结助剂的AlN粉末，在致密化前的烧结过程中，引入适量的碳可以还原并渗碳AlN粉末表面的氧化物，从而提高AlN陶瓷的热导率。从这个角度来看，采用碳热还原法制备AlN粉末可能更有利于提高AlN陶瓷的热导率。

（2）选择合适的烧结添加剂种类和用量

大量研究表明，稀土金属氧化物及氟化物、碱土金属氧化物及氟化物等可作为烧结助剂，提高AlN的热导率。烧结助剂与AlN中的氧化铝发生反应，形成铝酸盐液相，促进液相烧结，使坯体致密化。另一方面，烧结助剂可以降低AlN晶格中的氧含量，同时增强AlN颗粒之间的接触，从而提高热导率。然而，添加剂的添加量必须适中，过量会增加杂质含量，降低热导率；添加量不足，又不能起到有效的烧结助剂作用。如前所述，最近的研究表明，复合添加剂比单一添加剂更能有效地提高热导率，同时降低烧结温度。

添加剂在提高热导率方面的有效性已被大量实验证实。引入合适的添加剂是目前广泛采用的方法。然而，对于添加剂的选择与组合、最佳添加量以及添加方法，尚无统一的定论，需要进一步深入系统地探索。

（3）优化烧结工艺

对于AlN陶瓷来说，烧结过程中缓慢升温比快速升温更有优势，不仅可以减少变形，还可以提高坯体的致密化，从而提高AlN陶瓷的性能。

烧结过程还涉及最佳烧结温度。如果温度过高，晶粒会过度生长，晶界相增加，致密化程度降低，从而对热导率产生负面影响。

适当延长烧结时间，可以进一步净化晶格，促进晶粒长大，明显降低孔隙率，从而提高热导率。

一般情况下，在氮气保护下进行还原气氛烧结，可以通过以下方式减少AlN中的氧杂质： 碳热氮化 并降低烧结温度，有利于提高热导率。加压烧结显著提高了AlN的烧结性能，减少了烧结助剂的用量。提高烧结压力可以提高AlN的致密性，从而提高AlN陶瓷的性能。此外，粉床烧结法也影响AlN陶瓷的热导率。

（4）延长烧结时间

除了引入烧结助剂、优化烧结工艺外，延长烧结时间也能提高AlN陶瓷的热导率。例如，在还原性气氛中退火可以去除AlN中的氧和第二相。Nakano等人采用类似的方法，将烧结后的AlN（添加Y₂O₃）在还原性氮气气氛中以1900℃进行热处理。20小时后，热导率达到220 W/m·K，100小时后则升至272 W/m·K。

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