Керамічні субстрати з алюмінієвим нітридом мають надзвичайно високу теплопровідність, високу швидкість електричної ізоляції та властивості теплового розширення, подібні до властивостей напівпровідникових матеріалів, таких як кремнієві вафлі. Вони широко використовуються в електронній упаковці.
Лідер ринку в алюмінієвому порошку сировини нітриду - корпорація Японії Tokuyama. Він має щорічний вихід 840 тонн алюмінієвого порошку нітриду і становить близько 75% глобальної частки ринку. Tokuyama в основному використовує метод карботермального відновлення для отримання та приготування алюмінієвого порошку з алюмінієвим нітридом високої чистоти.
Переваги методу карботермального відновлення полягають у тому, що він може використовувати широкий спектр сировини (AL2O3) та одночасно досягти стабільного контролю процесу. Принцип процесу методу карботермального відновлення такий: коли рівномірно змішані Al2O3 і C нагріваються в атмосфері N2, Al2O3 спочатку зменшується, а потім отриманий продукт al реагує з N2 для генерування ALN. Його формула хімічної реакції - Al2O3 (S) + 3C (S) + N2 (G) → 2Aln (S) + 3CO (G). Цей метод має простий процес, високу чистоту порошку, розмір дрібних частинок та рівномірний розподіл. Однак час синтезу довгий, температура азоту відносно висока, і надмірний вуглець потрібно видаляти після реакції. Якщо видалення вуглецю не є ретельним, а залишковий вміст вуглецю в порошку нітриду алюмінію занадто високий, це матиме великий вплив на продуктивність порошку. Порошок H-класу Tokuyama може контролювати залишковий вміст вуглецю на ≤ 280 проміле, а порошок G-класу може контролювати його як ≤ 200 проміле.
Надмірний залишковий вміст вуглецю має такий основний вплив на керамічні субстрати з нітридом алюмінію:
Вплив на процес спікання: Під час процесу спікання кераміки нітриду алюмінію, вміст вуглецю вплине на ступінь ущільнення та мікроструктуру спірованого тіла. Занадто високий вміст вуглецю може призвести до появи отворів або тріщин у спірованому тілі, тим самим зменшуючи механічні властивості та теплову стійкість матеріалу.
Вплив на теплопровідність: існування залишкового вмісту вуглецю безпосередньо вплине на теплопровідність кераміки нітриду алюмінію. Оскільки теплопровідність вуглецю значно нижча, ніж у нітриду алюмінію, збільшення вмісту залишкового вуглецю призведе до зниження загальної теплопровідності кераміки нітриду алюмінію.
Вплив на механічні властивості: залишковий вміст вуглецю також вплине на механічні властивості кераміки нітриду алюмінію, таких як міцність на згинання та міцність на руйнування. Експериментальні дослідження показали, що в міру зниження температури міцність на згинання та розрив руйнування нітриду -кераміки, що містить відповідну кількість залишкового вуглецю, певною мірою зросте. Однак якщо вміст залишкового вуглецю занадто високий, це може призвести до концентрації стресу всередині матеріалу, а потім зменшити його механічні властивості.
Вплив на електричні властивості: Для полів застосування, які потребують високої електричної ізоляції, існування залишкового вмісту вуглецю може знизити ефективність електричної ізоляції кераміки нітриду алюмінію. Оскільки сам вуглець є електропровідним матеріалом, занадто високий вміст залишкового вуглецю підвищить електропровідність матеріалу, таким чином впливає на його застосування в полі електроніки.
