เบ้าหลอมอลูมิเนียมไนไตรด์ ALN เบ้าหลอมอลูมิเนียม
การนำเสนอผลิตภัณฑ์
AlN ถูกสังเคราะห์โดยการลดความร้อนของอลูมินาหรือโดยไนไตรด์โดยตรงของอลูมินามีความหนาแน่น 3.26 ลงทะเบียนและป้องกันโดย MarkMonitor-3 แม้ว่าจะไม่ละลาย แต่จะสลายตัวที่อุณหภูมิสูงกว่า 2500 °C ที่บรรยากาศวัสดุนี้มีพันธะโควาเลนต์และต้านทานการเผาผนึกโดยไม่ต้องใช้สารเติมแต่งที่ก่อตัวเป็นของเหลวโดยทั่วไป ออกไซด์ เช่น Y 2 O 3 หรือ CaO ทำให้เกิดการเผาผนึกที่อุณหภูมิระหว่าง 1600 ถึง 1900 °C
อะลูมิเนียมไนไตรด์เป็นวัสดุเซรามิกที่มีประสิทธิภาพครอบคลุมเป็นเลิศ และการวิจัยสามารถย้อนกลับไปได้มากกว่าหนึ่งร้อยปีก่อนประกอบด้วย F. Birgeler และ A. Geuhter ค้นพบในปี พ.ศ. 2405 และในปี พ.ศ. 2420 โดย JW MalletS อะลูมิเนียมไนไตรด์ถูกสังเคราะห์ขึ้นเป็นครั้งแรกแต่ไม่ได้นำไปใช้จริงมานานกว่า 100 ปี เมื่อนำมาใช้เป็นปุ๋ยเคมี .
เนื่องจากอะลูมิเนียมไนไตรด์เป็นสารประกอบโควาเลนต์ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายในตัวเองน้อยและมีจุดหลอมเหลวสูง จึงเป็นการยากที่จะเผาจนกระทั่งช่วงทศวรรษ 1950 เซรามิกอะลูมิเนียมไนไตรด์ประสบความสำเร็จในการผลิตเป็นครั้งแรกและใช้เป็นวัสดุทนไฟในการถลุงเหล็กบริสุทธิ์ อะลูมิเนียม และโลหะผสมอะลูมิเนียมตั้งแต่ปี 1970 ด้วยการวิจัยที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น กระบวนการเตรียมอะลูมิเนียมไนไตรด์จึงมีความสมบูรณ์มากขึ้น และมีการขยายขอบเขตการใช้งานโดยเฉพาะอย่างยิ่งตั้งแต่เข้าสู่ศตวรรษที่ 21 ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องจักรอิเล็กทรอนิกส์ และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ ไปสู่การย่อขนาด น้ำหนักเบา บูรณาการ และความน่าเชื่อถือสูงและทิศทางการส่งออกพลังงานสูง อุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้นของสารตั้งต้นและวัสดุบรรจุภัณฑ์ของการกระจายความร้อน ส่งต่อความต้องการที่สูงขึ้นส่งเสริมการพัฒนาอุตสาหกรรมอลูมิเนียมไนไตรด์อย่างเข้มแข็ง
คุณสมบัติหลัก
AlN ต้านทานการกัดกร่อนของโลหะหลอมเหลวส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอะลูมิเนียม ลิเธียม และทองแดง
ทนทานต่อการกัดเซาะของเกลือหลอมเหลวส่วนใหญ่ รวมถึงคลอไรด์และไครโอไลท์
การนำความร้อนสูงของวัสดุเซรามิก (หลังจากเบริลเลียมออกไซด์)
ความต้านทานไฟฟ้าในปริมาณสูง
ความเป็นฉนวนสูง
มันถูกกัดกร่อนด้วยกรดและด่าง
ในรูปแบบผงสามารถไฮโดรไลซ์ได้ง่ายด้วยน้ำหรือความชื้น
แอปพลิเคชันหลัก
1 แอปพลิเคชันอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริก
อะลูมิเนียมไนไตรด์มีความต้านทานสูง ค่าการนำความร้อนสูง (8-10 เท่าของ Al2O3) และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่ำคล้ายกับซิลิคอน ซึ่งเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีอุณหภูมิสูงและกำลังสูง
2 วัสดุพื้นผิวบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์
วัสดุพื้นผิวเซรามิกที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ เบริลเลียมออกไซด์ อลูมินา อลูมิเนียมไนไตรด์ ฯลฯ ซึ่งพื้นผิวเซรามิกอลูมินามีค่าการนำความร้อนต่ำ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนไม่ตรงกับซิลิคอนแม้ว่าเบริลเลียมออกไซด์จะมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยม แต่ผงของมันมีความเป็นพิษสูง
ในบรรดาวัสดุเซรามิกที่มีอยู่ซึ่งสามารถใช้เป็นวัสดุพื้นผิวได้ เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีความแข็งแรงดัดงอสูงสุด ทนต่อการสึกหรอได้ดี เป็นวัสดุเซรามิกที่มีประสิทธิภาพเชิงกลที่ครอบคลุมดีที่สุด และมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนน้อยที่สุดเซรามิกอะลูมิเนียมไนไตรด์มีค่าการนำความร้อนสูง ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ดี และยังมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีที่อุณหภูมิสูงในแง่ของประสิทธิภาพ ปัจจุบันอะลูมิเนียมไนไตรด์และซิลิคอนไนไตรด์เป็นวัสดุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับพื้นผิวบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่ก็มีปัญหาที่พบบ่อยเช่นกันคือราคาสูงเกินไป
3 และนำไปใช้กับวัสดุเรืองแสง
ความกว้างสูงสุดของช่องว่างแบนด์แกปโดยตรงของอะลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN) คือ 6.2 eV ซึ่งมีประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริกสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเซมิคอนดักเตอร์แบนด์แกปทางอ้อมAlN เนื่องจากแสงสีน้ำเงินและวัสดุเปล่งแสง UV ที่สำคัญ จึงถูกนำไปใช้กับไดโอดเปล่งแสง UV / UV ระดับลึก เลเซอร์ไดโอด UV และเครื่องตรวจจับ UVนอกจากนี้ AlN ยังสามารถสร้างสารละลายของแข็งอย่างต่อเนื่องด้วยไนไตรด์กลุ่ม III เช่น GaN และ InN และโลหะผสมแบบไตรนารีหรือควอเทอร์นารีของโลหะผสมสามารถปรับช่องว่างของแถบได้อย่างต่อเนื่องตั้งแต่แถบอัลตราไวโอเลตที่มองเห็นไปจนถึงแถบอัลตราไวโอเลตลึก ทำให้เป็นวัสดุเรืองแสงประสิทธิภาพสูงที่สำคัญ
4 ซึ่งใช้กับวัสดุพื้นผิว
ผลึก AlN เป็นสารตั้งต้นในอุดมคติสำหรับวัสดุ GaN, AlGaN รวมถึงวัสดุเอพิแทกเซียล AlNเมื่อเปรียบเทียบกับแซฟไฟร์หรือซับสเตรต SiC แล้ว AlN มีการจับคู่ทางความร้อนกับ GaN มากกว่า มีความเข้ากันได้ทางเคมีสูงกว่า และความเค้นระหว่างซับสเตรตและชั้นเอปิแอกเซียลน้อยกว่าดังนั้น เมื่อใช้คริสตัล AlN เป็นสารตั้งต้น epitaxial GaN จะสามารถลดความหนาแน่นของข้อบกพร่องในอุปกรณ์ได้อย่างมาก ปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ และมีแนวโน้มการใช้งานที่ดีในการเตรียมอุณหภูมิสูง ความถี่สูง และอิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง อุปกรณ์
นอกจากนี้ วัสดุซับสเตรตของวัสดุ AlGaN แบบอีพิเทกเซียลที่มีคริสตัล AlN เป็นส่วนประกอบอะลูมิเนียม (Al) สูง ยังสามารถลดความหนาแน่นของข้อบกพร่องในชั้นเอปิแอกเชียลไนไตรด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ไนไตรด์ได้อย่างมากใช้เครื่องตรวจจับแบบรายวันคุณภาพสูงที่ใช้ AlGaN ได้สำเร็จ
5 ใช้ในเซรามิกและวัสดุทนไฟ
อลูมิเนียมไนไตรด์สามารถใช้กับการเผาเซรามิกโครงสร้าง เซรามิกอลูมิเนียมไนไตรด์ที่เตรียมไว้ ไม่เพียงแต่คุณสมบัติทางกลที่ดี ความแข็งแรงในการพับจะสูงกว่าเซรามิก Al2O3 และ BeO มีความแข็งสูง แต่ยังทนต่ออุณหภูมิและการกัดกร่อนสูงอีกด้วยการใช้เซรามิก AlN ทนความร้อนและการกัดกร่อน จึงสามารถนำไปใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่ทนต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง เช่น เบ้าหลอมและแผ่นระเหยอัลนอกจากนี้ เซรามิก AlN บริสุทธิ์ยังเป็นผลึกโปร่งใสไม่มีสี มีคุณสมบัติทางแสงที่ดีเยี่ยม และสามารถใช้เป็นหน้าต่างอินฟราเรดอุณหภูมิสูงและการเคลือบทนความร้อนสำหรับเซรามิกโปร่งใสที่ผลิตอุปกรณ์ออปติกอิเล็กทรอนิกส์
6. คอมโพสิต
วัสดุคอมโพสิตอีพอกซีเรซิน / AlN เป็นวัสดุบรรจุภัณฑ์ จำเป็นต้องมีการนำความร้อนและความสามารถในการกระจายความร้อนได้ดี และข้อกำหนดนี้เข้มงวดมากขึ้นเรื่อยๆเนื่องจากเป็นวัสดุโพลีเมอร์ที่มีคุณสมบัติทางเคมีที่ดีและมีเสถียรภาพทางกล อีพอกซีเรซินจึงรักษาได้ง่าย โดยมีอัตราการหดตัวต่ำ แต่ค่าการนำความร้อนไม่สูงด้วยการเติมอนุภาคนาโน AlN ที่มีค่าการนำความร้อนที่ดีเยี่ยมให้กับอีพอกซีเรซิน จึงสามารถปรับปรุงค่าการนำความร้อนและความแข็งแรงได้อย่างมีประสิทธิภาพ
