陶瓷材料的導(dǎo)熱性受哪些因素影響？

陶瓷基板因其出色的絕緣性能、高強度、低熱膨脹系數(shù)、卓越的化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，滿足了當前高功率器件設(shè)備的性能需求。然而，陶瓷基板的制備過程涉及多個復(fù)雜繁瑣的工藝環(huán)節(jié)，要獲得導(dǎo)熱性能卓越的陶瓷基板，離不開高質(zhì)量的粉體材料、精細的制備工藝以及嚴格的測試標準。

高導(dǎo)熱性的非金屬固體通常具備以下四個特征：構(gòu)成原子輕、原子間結(jié)合力強、晶格結(jié)構(gòu)單純、晶格振動對稱性高。對于陶瓷材料而言，其導(dǎo)熱性主要受以下因素影響：

（1）原料粉體：原料粉體的純度、粒度以及物相對材料的熱導(dǎo)率和力學(xué)性能具有重要影響。由于非金屬的傳熱機制主要為聲子傳熱，因此當晶格完整且不存在缺陷時，聲子的平均自由程越大，熱導(dǎo)率也就越高。然而，晶格中的氧往往伴隨著空位、位錯等結(jié)構(gòu)缺陷，這些缺陷會顯著降低聲子的平均自由程，從而導(dǎo)致熱導(dǎo)率下降。

目前，常用的高導(dǎo)熱陶瓷粉體原料包括氧化鋁（Al?O?）、氮化鋁（AlN）、氮化硅（Si?N?）、碳化硅（SiC）和氧化鈹（BeO）等。然而，隨著國家對綠色環(huán)保的大力推動，由于氧化鈹具有毒性，已逐漸退出市場。碳化硅則因其絕緣性能較差，無法應(yīng)用于微電子電路中。相比之下，Al?O?、AlN、Si?N?陶瓷粉體具有無毒、高溫穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱性能優(yōu)異以及與Si、SiC和GaAs等半導(dǎo)體材料相匹配的熱膨脹系數(shù)，因此得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。目前，用于制備陶瓷基板的主流粉體原料仍以氧化鋁和氮化鋁為主。

金戈新材在粉體材料領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位，其提供的粉體原料廣受客戶青睞。針對陶瓷材料領(lǐng)域，金戈新材推出了高純度氧化鋁（Al?O?）、類球氧化鎂（MgO）、氮化鋁（AlN）和氮化硼（BN）粉體，具有出色的導(dǎo)熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠滿足高功率器件設(shè)備對陶瓷基板的高要求。這些粉體原料經(jīng)過嚴格的篩選和制備工藝，確保了其質(zhì)量和穩(wěn)定性，為陶瓷基板的制備提供了堅實的基礎(chǔ)。

（2）燒結(jié)過程：在燒結(jié)過程中，添加的燒結(jié)助劑可以與陶瓷粉體表面的原生氧化物發(fā)生反應(yīng)，形成低熔點的共晶熔液，利用液相燒結(jié)機理實現(xiàn)材料的致密化。然而，燒結(jié)助劑所形成的晶界相自身的熱導(dǎo)率較低，這會對陶瓷的熱導(dǎo)率產(chǎn)生不利影響。特別是氮化硅陶瓷常用的Al?O?燒結(jié)助劑，在高溫下會與氮化硅及其表面氧化物形成SiAlON固溶體，導(dǎo)致晶界附近的晶格發(fā)生畸變，從而阻礙聲子傳熱，大幅度降低氮化硅陶瓷的熱導(dǎo)率。因此，選擇合適的燒結(jié)助劑并制定合理的配方體系，是提升氮化硅陶瓷熱導(dǎo)率的關(guān)鍵途徑。

總的來說，陶瓷材料的導(dǎo)熱性受原料粉體和燒結(jié)過程等多種因素的影響。通過選擇合適的原料粉體和燒結(jié)助劑，以及制定合理的制備工藝和測試標準，可以獲得導(dǎo)熱性能卓越的陶瓷基板。金戈新材作為粉體材料領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，將繼續(xù)為客戶提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)，推動陶瓷材料行業(yè)的發(fā)展和進步。如有需求，可點擊右下方咨詢，金戈新材可根據(jù)您的需求，提供定制化功能性粉體解決方案。