高导热率AIN陶瓷材料制备与应用进展

第２８卷第１期　２００７年３月　《陶瓷学报》　Ｊ０ＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＣＥＲＡＭＩＣＳ　Ｖｏ１．２８．ＮＯ．１　Ｍａｒ．２００７　文章编号：１０００—２２７８（２００７）０１—００５７－０８　高导热率ＡＩＮ陶瓷材料制备与应用进展　李清涛　吴清仁１，２孙创奇　谢代义　（１．华南理工大学材料科学与工程学院，广州：５１０６４０）　（２．华南理工大学特种功能材料及其制备新技术教育部重点实验室，广州：５１０６４０）　摘要　综述了高导热ＡＩＮ陶瓷材料的制备技术及应用进展，指出了高导热ＡＩＮ陶瓷材料制备工艺及其应用中存在的一些问题和其　发展动向。　关键词氮化铝陶瓷材料，高热导系数，制备方法，应用　中图分类号：ＴＱ１７４－７５文献标识码：Ａ　料的制备、应用和发展现状进行了综述，指出了高导　热ｔｋｌＮ陶瓷材料制备工艺在应用中存在的主要问题　及其发展动向。　Ａ１Ｎ陶瓷是近二十年发展起来的新型高导热材　料，理论导热率高达３２０　Ｗ・ｍ　・　，实际使用的热导　率为１８０　２００Ｗ・ｍ　・Ｋ－ｌ。尽管比目前的高导热陶瓷　２　Ｎ陶瓷材料发展概况　Ａ１Ｎ陶瓷材料首先是日本的川琦制铁株式会社　研制了高导热的Ａ１Ｎ陶瓷电路板，掀开了高导热　材料如ＢｅＯ、ＣＢＮ、ＳｉＣ的导热系数略低，然而，高导　热Ａ１Ｎ陶瓷材料具有制备工艺较简单，烧结温度较　ｋｌＮ陶瓷制作的序幕，川琦制铁的研究确定高导热　低等优点，同时具备硬度高、膨胀率低、介电性能和　ｔｋｌＮ陶瓷电路板以薄膜成型化进行批量生产技术。　化学稳定性好、机械强度高以及介电损耗低等特点，　ｔ用途相当广泛。随着电子集成电路的迅猛发展，电子　１９８５年，东芝公司用Ｙ　０。作为烧结助剂，制成了热　工业对具有高导热性能、低介电损耗Ａ１Ｎ陶瓷材料　的需求与日俱增ｆｌ－２】。高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料由于具有　导率高达１７０Ｗ／ｍ・Ｋ的多晶高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料吲。　９０年代以后，许多发达国家的科研工作者对通过添　加矿化剂低温烧结温度的高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料进行　了大量的研究，发现在添加剂的作用下，高导热Ａ１Ｎ　良好的散热性能和高电气绝缘性能，对高频、高效的　集成电路，减少散热和电量损耗等方面发挥了重要　的作用。如呈透明状的高纯度高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料，　既可作为耐磨构件、热交换器、防弹装甲板、大规模　的集成电路板及火箭发动机燃烧室喉衬和内衬材　料，又可作为光学配件在通信传输领域得到应用。如　能实现高导热Ａ１Ｎ陶瓷产业化生产，必将具有相当　可观的经济和工程应用价值。因而高导热Ａ１Ｎ陶瓷　材料已成为近年来的研究热点。本文对Ａ１Ｎ陶瓷材　收稿日期：２００６—０９—２５　陶瓷材料能够在较低的温度下形成固熔体或者液　相，大大降低了烧成温度，使得高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料　能够进一步接近工业化生产的要求。　国内在高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料的研究方面起步较　晚，近几年许多高校与科研单位正在对高导热Ａ１Ｎ　陶瓷材料进行研究。目前，高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料的研　究主要是通过工艺方法或者添加剂来降低烧成温　基金项目：广东省自然科学资金项目（编号：０１１５５２）　通讯联系入：李清涛，男，Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｏｈｎｌｅｅ２００４＠１６３．ｔｏｍ　维普资讯 http://www.cqvip.com

５８　《陶瓷学报））２００７年第１期　度，提高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料致密化程度，改善Ａ１Ｎ的　采用以下修正公式：　＝（１一ｐ）　（２）　内部缺陷以及抑制第二晶相的生长，以获得具有高　导热率的性能．满足现代材料研究和应用的发展要　求Ｈ　＝Ｙ．Ｌｉａｏｍ　等与Ｎａｉｇｕｉ　Ｓｈａｎｇ　ｒｎ等分别对制作ＡＩＮ　式中，　为修正导热系数，Ｐ为气孔率，　为理论导　热系数。式（１）和（２）表明，影响陶瓷材料导热系数　主要是声子平均自由程Ｌ，Ｌ值基本上由两个散射过　程决定：（ａ）声子间相互作用引起的散射；（ｂ）声子与　陶瓷菱形薄膜进行了相关的研究后发现：所制作的　ＡＩＮ陶瓷薄膜（ＤＦｌ／ＡｌＮ）比Ａ１Ｎ陶瓷基片具有更高的　导热系数和更低的介电常数，在电子电路的应用方　晶界、缺陷、杂质作用引起的散射。所以，声子散射从　面具有十分良好的发展前景。　ＡＩＮ粉在储运和成型过程中易发生水解和氧化，　从而降低了Ａ１Ｎ陶瓷材料的导热性；常规烧结法制　备高导热ＡＩＮ陶瓷材料的生产设备昂贵，工艺复杂，　能耗高等，从而使得高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料价格昂贵。　俄罗斯和哈工大开展的将燃烧合成和致密化过程结　合在一起的超高压自蔓延法，对Ａ１Ｎ陶瓷制作具有　重要的影响。该法是利用燃烧反应产生的高温，在上　千大气压条件下同时致密化。该法既克服了Ａ１Ｎ粉　的氧化，可望获得高导热的Ａ１Ｎ陶瓷材料，又简化了　中间过程，使能耗降低，生产效率得到很大提高。用　超高压自蔓延法制备的高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料性能价　格比较烧结法制备的有很大提高，在市场经济中，具　有竞争力【８】。　３　Ｎ陶瓷材料的高导热机理　从导热微观机理来看，在室温下高导热陶瓷材　料可分为以声子导热（即晶格振动）为主的半导体陶　瓷和以电子导热为主的导电陶瓷材料［９ｌ。量子力学的　研究结果告诉我们，晶格波可作为一种粒子一一声子　的运动来处理，声子在高导热陶瓷材料中的导热系　数入的表达公式　ｏｌ：　－－－Ｃｖ　Ｌ／３　（１）　式中，Ｃ为热容，ｕ为声子运动速度，Ｌ为声子平均自　由程。式（１）说明声子平均自由程愈长，热导率愈高。在　热传输过程中，晶体中的缺陷，晶界，界面，气孔对高　导热陶瓷材料的声子散射具有很大的影响。如果材　料中存在杂质或者气孔，会给材料的声子传输速度ｖ　产生巨大的影响，大大降低材料的导热系数。无机材　料中难免会产生少量的气孔，由于它与固体材料的　导热率差别很大，所以在考虑材料导热系数的时候，　而改变１值的物理化学因素如化学成分和杂质、晶体　结构、显微结构等ｆｌ卜　都将对　产生影响。　高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料是一种具有六方纤维锌矿　结构的共价晶体，Ａ１原子与Ｎ原子形成畸变的『Ａ　１Ｎ　】四面体，沿ｃ轴方向Ａ１一Ｎ键长０．１９１７ｎｍ，其它　方向的键长为０．１８８５ｎｍ。致密ＡＩＮ陶瓷的理论密度　为：３．２６ｇ／ｃｍ。，导热系数的理论密度达到３２０　Ｗ・ｍ　・　Ｋ～。由于氧原子进入到Ａ１Ｎ晶格时，晶格常数随着氧　含量的增加而减小，即晶格常数的大小在一定程度　反映了ＡＩＮ晶粒的纯度及缺陷浓度的大小，也必然影　响热导率的数值。一般来讲，热导率随着晶格常数的　增大而增大　。Ａ１Ｎ晶格的氧含量及其它杂质元素　含量低，其热导率较高时，ＡＩＮ陶瓷的显微结构对　ＡＩＮ热导率的影响作用较大。高的致密度、少的气孔　率、少的晶界相以及尽可能大的Ａ１Ｎ晶粒间的界面　联接有利于提高Ａ１Ｎ的热导率，而晶界相的组成、性　质、分布都可能对ＡＩＮ的热导率产生影响。ＡＩＮ陶瓷　理想的显微结构应该是致密度高，晶型完整，晶粒均　匀，晶粒之间为面接触，尽可能少的第二相。　致密程度决定Ａ１Ｎ晶粒内部缺陷的主要因素为　体系中的氧含量，而氧杂质主要有２种来源：（１）粉体　中不可避免存在的Ａｌ　Ｏ。的形式；（２）粉体处理和烧结　过程中可能介入的氧原子，氧元素进入ＡＩＮ晶格形　成晶格缺陷，进而加大了声子扩散，缩小了声子平均　自由程，所以ＡＩＮ陶瓷材料的热导率显著减小　１２］。　因此，控制好Ａ１Ｎ内部缺陷、晶界第二相以及气孔，　对保证ＡＩＮ陶瓷材料具有高的导热系数起着重要的　作用。　４高导热　Ｎ陶瓷粉备方法的发　展　维普资讯 http://www.cqvip.com

《陶瓷学报｝２００７年第１期　５９　４．１铝粉直接氮化法　Ｙ２Ｏ３＋Ｎ２＋３Ｃ－－－＋２ＹＮ＋３ＣＯ　（６）　直接氮化法就是高温氮气中，铝粉直接与氮气　化合生成氮化铝粉末，反应温度一般在８ｏ【）～１２００℃　Ｃａ，￣Ｙ２０６＋３Ｃ＋Ｎ２－＋２ＹＮ＋３ＣａＯ＋３Ｃ　２ＣａＯ＋２Ｃ＋Ｎ￣－￣２ＣａＮ＋２ＣＯ　（７）　（８）　的范围内，化学反应方程式为：　２Ａ１（ｓ）＋Ｎ２（ｇ）－－￣２Ａ１Ｎ（ｓ）　（３）　通过添加剂的使用，发生以上一系列的化学反　应，可以有效的控制氧杂质进入Ａ１Ｎ陶瓷，大大保证　铝粉直接氮化法的优点是原料丰富、工艺简单、　了ＡＩＮ陶瓷具有高的导热率。　３化学气相沉积法　适宜大规模生产。但是目前在产业化生产过程中，该　４．方法存在明显不足，由于铝粉氮化反应为强放热反　应，反应过程不容易控制，放出大量的热量造成铝粉　结块，对氮气有效进入铝粉内部造成了阻碍，使反应　不能够完全进行，使得合成的产品致密化程度不高，　纯度低。　为了提高反应速率和铝粉的转化率，Ｋｏｍｅｙａ［“　研究了添加剂Ｌｉ　Ｏ，ＣａＯ，Ｙ　Ｏ　对铝粉氮化的影响。实　验结果表明，Ｌｉ　Ｏ，ＣａＯ可明显提高氮气对铝粉的氮　化速率，其中Ｌｉ的作用最为明显，主要原因是反应过　程中形成中间化合物ＬｉＡＩＯ　，该化合物高温下气化，　产生的气体在产物表面形成气孔，氮气可以有效的　扩散，大大提高了化学反应速率。日本的Ｒｉｍｕｒａ［　等　人还开发了一种悬浮氮化技术，使铝粉悬浮于氮气　中通过高温反应区，在高温反应区内将其加热并使　其氮化，该方法在一定程度上克服了铝粉易结块的　缺点，同时达到了氮化铝粉末生产的目的。　４．２碳热还原法　碳热还原法是将氧化铝粉末和碳粉的混合粉末　在高温中的Ｎ　气流中发生还原反应，生成Ａ１Ｎ粉　末，反应式：　２０３（ｓ）＋３Ｃ（ｓ）＋Ｎ２（ｇ）－－￣２Ａ１Ｎ（ｓ）＋３ＣＯ（ｇ）　（４）　为了能够提高反应的速率和Ａｌ　０　的转化率，一　般采用过量的碳参与反应，反应后过量的碳大约在　７００ｏＣ左右出现氧化反应。该方法可以保证获得纯度　高，性能稳定，颗粒度细小均匀，具有良好的成型和　烧结性能的粉末。但是由于该工艺方法需要比较高　的反应温度，合成时间长，还要进行二次除碳工艺，　因此工艺复杂、成本高。虽然碳过量有利于反应进　行，但是仍然难免有氧杂质的进入，结果会严重降低　Ａ１Ｎ陶瓷的导热系数，所以在碳热还原法的应用过程　中，采用加入Ｙ２０　、ＣａＯ作为添加剂，发生如下化学　反应：　ＹＡｌ４０９＋３Ｃ＋Ｎ　２ＡｌＮ＋２Ｙ２Ｏ３＋３ＣＯ　（５）　气相法是利用铝的挥发性化合物与氨气或者氮　气反应，从气相中沉淀析出氮化铝粉末。按照选择源　物质的不同，分为无机物（卤化铝）和有机物（烷基铝）　化学气相沉积法。最常见的是用ＭＣ１。或铝的金属有　机化合物为原料，与ＮＨ　经过两个气相反应过程合成　Ａ１Ｎ。该法是在高温下利用Ａ１Ｃ１　或者Ａ１Ｂｒ３，通入氨　气进行反应，大约在６００～８００ｏｃ获得Ａ１Ｎ陶瓷粉末。　反应方程式：　Ａ１Ｃ１　＋ＮＨｒ　ＡｌＮ＋３ＨＣｌ　（９）　对于采用无机铝为原料的化学气相沉积法，随着　进料温度的不同，会在不同阶段产生不同的中间产　物，并会产生副产物ＨＣ１，对设备有腐蚀作用。当采用　烷基铝代替无机铝时，反应过程简单，且不会产生　ＨＣ１，生成的烷基会随着反应温度的升高而逐渐失去。　因此所得的粉末纯度高，粒度细小均匀，是一种生产　高质量Ａ１Ｎ粉末的方法，但是烷基铝价格昂贵，无法　适应工业大规模生产的要求。　４．４有机盐裂解法　将铝粉和有机氮化物按ｌ：ｌ（摩尔比）充分混合　后在通Ｎ　的管式炉内进行氮化。其中Ｎ２气流量为　２Ｌ／ｍｉｎ。加热过程采取分步升温和保温至１０００℃，保　温２ｈ。通过适当延长保温时间，可以有效的保证反应　产生纯度较高的Ａ１Ｎ粉体。反应化学方程式：　Ｒ３ＡＪ＋ＮＨ。—＋Ｒ￣ＩＮＩ－Ｉ　（１１）　Ｒ　ｌＮ　一Ｒ￣ＩＮＨ。一（ＲＡ１ＮＨ２）２一　（ＲＡＪＮＨ　）Ｘ一　Ｎ　（１２）　式中，Ｒ为烷基，其中，Ｒ３Ａ１ＮＨ　、（ＲＡＩＮＨ￣、（ＲＡｌＮｌ｛３）ｘ　为中间合成过渡化合物。三甲基铝、三乙基铝、三丁　基铝为常用的引进　的有机金属盐，而烷基胺及其　盐类、芳香族胺、联胺及其盐类是常用的引进Ｎ的化　合物。若引进含其它元素如ｓｉ，Ｂ的有机化合物，还　可制取ＡｌＮ—ＳｉＣ，Ａ１Ｎ—ｓ．ｃ，ｈ，ＡｌＮ－ＢＮ等复合陶瓷　粉末。这种制备方法是利用金属醇盐具有挥发性的　维普资讯 http://www.cqvip.com

６０　《陶瓷学报｝２００７年第１期　特点，在发生水解反应的时候，不需要加入其它阳离　表１　ＡＩＮ陶瓷的低温烧结工艺及其热导率　Ｔａｂ．１　Ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ＡＩＮ　ｂｙ　ｌｏｗ—　子或者阴离子，所以制备的Ａ１Ｎ陶瓷粉末纯度高，粒　度非常小，而且可以适应连续生产的要求，但是使用　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　的原料成本太高，工艺要求比较高，难于实现大规模　生产的要求。　Ａｄｄｉｄｖｅ　ＹＬｉ０２，ＣａＯ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　１６００ｏＣ，入／　－（ｍ・Ｋ）　］　ｌ７０　６ｈ　德国科学家为此发明了一种低成本的氮化制备　方法。把铝电极插入有机电介质溶液进行电解，使Ａｌ　溶解在电解质中，利用氧化一还原反应制备有机铝　ＹＲ，Ｃａ　Ｄｙ２Ｏ３　１６５０℃．６ｈ　１６５０℃．４ｈ　１８７　ｌ３０　前驱体ＡＩ（ＮＨＲ）。，然后滴入石蜡溶液在４５０℃下干　燥，并在９００℃通氨气的条件下煅烧，可获得亚微米　级的氮化铝粉体㈣。　５高导热　Ｎ陶瓷材料烧结方法的发　展　５．１低温烧结法　低温烧结工艺（Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｂｙ　Ｌｏｗ—ｔｅｍｐｅ－　ｒａｔｕｒｅ）是指在常压低温情况下，利用添加剂形成固熔　体或者液相，利用固熔体或者液相形成第二相，促进　烧结的进行。低温烧结氮化铝陶瓷，一般是指利用　Ｙ　０。，ＣａＯ、ＭｇＯ等烧结助剂复合使用，在远远低于　常规的烧结温度，约在１６００ｏＣ左右下，获得Ａ１Ｎ陶　瓷。该法的成本大大减少，工艺方法比较简单，而且　比较适合连续化生产。　黄小丽㈣等研究发现：近年来为了降低Ａ１Ｎ烧　结的成本，开展了低温烧结研究，发现其中最有效的　方法是引入复合添加剂。　表１列出了近几年来低温烧结Ａ１Ｎ的工艺及其　热导率。　尽管ＣａＯ、Ｙ　０３是Ａ１Ｎ获得高热导率的良好添　加剂，但烧结温度较高。最近的研究发现添加ＹＲ可　实现低温烧结Ａ１Ｎ，并获得高的热导率（大约２００Ｗ・　ｍ　・Ｋ　），但保温时间需３３—６４小时　，所以单独加入　一种添加剂成本太高。因单独加入ＹＦ３只生成一种　第二相，得到的Ａ１Ｎ密度为３．２６７ｇ・ｃｍ　，热导率为　１６７　Ｗ・ｍ　・Ｋ　：而同时加入ＣａＦ２后，ＣａＦ２和Ａ１Ｎ中　的Ａ１２ｏ　反应，在较低的温度就会产生液相，故Ａ１Ｎ密　度可提高到３．２９ｇ・ｃｍ　，进而热导率也升高到１８７　Ｗ・　ｍ　・Ｋ～。据报道，Ｙ　０３一ＣａＯ—Ｌｉ　０也是良好的低温烧　ＣａＯ，ＹＦ３　１６００ｏＣ，３２—６４ｈ　２ｏｏ　Ｄｙ２０３，Ｃａ２０３，ＣａＯ　１６５０℃．４ｈ　ｌ５６　结助剂【２１］。到目前为止，Ａ１Ｎ陶瓷的低温烧结仍处于　探索阶段，许多反应机制尚不清楚，而且某些添加剂　还有副作用，如ｓｉ（）２会固溶在Ａ１Ｎ中产生缺陷：　ＳｉＯ２＿＿÷ＳｉＡ１＋２ＯＮ＋ＶＡ１　（１３）　ｓｉ（）２过多还会形成２７Ｒｓｉａｌｏｎ多型体，严重降低　Ａ１Ｎ陶瓷的热导率。所以Ａ１Ｎ陶瓷的低温无压烧结　至今仍是一个极待解决的问题。　５．２自蔓延高温合成法（ＳＨＳ法）　ＳＨＳ法是近年来发展起来的一种新型的氮化铝　粉末制备方法，其实质就是铝粉的直接氮化，为强放　热反应的特点，将铝粉于氮气中点燃后，利用　与　Ｎ　之间的高化学反应热使反应进行下去，合成氮化　铝　。在难熔材料合成方面具有合成时间短，能耗低　等许多优点，正日益引起材料学界的重视。该法不需　将Ａ１粉加热至１０００ｏＣ以上长时间氮化，除引燃外无　需外部热源，能耗少，设备简单，生产效率高，成本低。　ＳＨＳ过程中升温和冷却速度极快，易于形成高浓度缺　陷和非平衡结构，粉末的晶形呈不规则状，可以使产　物具有高的活性，提高其烧结性能和催化性能　。　Ｃｈｕｎｇ—Ｓｈｙａｎｌｕｎｇ等　以ＮａＮｓ、ＮＨａＣ］、ＮＨ　为固态　氮化剂，在较低氮气压力下成功合成了氮化率大于　９９％的Ａ１Ｎ粉末。李劲风等　在２１５ＭＰａ的Ｎ压力　下获得了氮化基本完全ＡＩＮ粉。　自蔓延高温合成法反应速度决，合成时间短，无　需外部电源加热，因此能耗少，生产效率高，成本低。　但是该法的反应速度太快，容易造成氮化铝粉末结　块，反应不完全，难于制备高质量的粉末。　５．３等离子烧结法　维普资讯 http://www.cqvip.com

《陶瓷学报））２００７年第１期　６１　图１　ＳＰＳ设备示意图　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ＳＰＳ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　等离子合成法是在热等离子中注入反应物进行　高温化学反应，通过超强冷却生成微粒子，其特点是　在超高温蒸汽的冷却过程中产生非平衡化学反应。　在１９６０年里德研究成功高频等离子体以后，该工艺　构完全形成，晶界明显，颗粒排列紧密，微气孔比图３　明显减少，具有比较匀的微观结构。可见，利用ＳＰＳ　烧结ＡＬＮ陶瓷比热压烧结，具有烧成压力小，保温时　间短，获得较高的致密度等优点。　等离子烧结方法的优越性明显，是由于在等离　子发生器中几乎所有的颗粒都处在高能量状态，可高　时间，合成粒度细、比表面积大、具有良好烧结活性的　高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料粉末，同时制得的粉末无需经　过球磨等二次加工工序，可以避免带入外来杂质，粉　方法发展相当迅速。等离子烧结法是在使用直流电　弧等离子发生器或高频等离子发生器，将Ａｌ粉输送　区内，粉末立即熔化挥发与氮离子迅速化合而成为　ＡＩＮ。放射等离子烧结Ａ１Ｎ是目前比较热门的研究　方向，其设备结构示意［ｍｌ见图１。　到等离子火焰区内，在温度高达１万多度的火焰高温　速度与氮气进行反应，因此该方法能有效地缩短反应　刘军芳等［＇２９１在实验中采用高纯氮化铝粉末为实　验原料，未添加任何烧结助剂，直接将高纯氮化铝粉　末置入直径ｄ＝１５ｎｕｎ的石墨模具中，然后将模具放　末质量高。但该方法的设备本身比较复杂，使用的方　法比较复杂，因此进行工业生产还有一定的距离，目　前主要在实验和科研中应用。　入等离子炉中，施加２５ＭＰａ的轴向压力，在真空条件　或氮气气氛下，于１７３０—１９００℃的温度进行烧　结，升温速率为１００—５５０℃／ｍｉｎ，保温时间为４　２０ｍｉｎ，试样随炉温冷却，获得烧结体致密度９７％　６高导热　Ｎ陶瓷材料的应用　高导热陶瓷材料在现阶段的研究，主要有氧化　铍陶瓷（ＢｅＯ）、立方氮化硼陶瓷（ＣＢＮ）、氮化铝陶瓷　（　Ｎ）和碳化硅陶瓷（ＳｉＣ）等。这些材料中较ＢｅＯ陶　以上。同时也采用了热压烧结为对比，实验条件：烧　结温度１９００℃，压力３０ＭＰａ，保温时间１ｈ，真空烧　结，所得烧结体致密度９４．２％。通过分析ＳＰＳ烧结与　热压烧结两种不同烧结方法获得的Ａ１Ｎ陶瓷断面的　瓷的热导率最高，但是ＢｅＯ粉末具有剧毒，不适宜进　行大规模的生产。ＣＢＮ陶瓷具有较高的热导率，可以　进入实用化的阶段，但是由于其高昂的价格和产业　扫描结果，从图２、图３发现，ＳＰＳ烧结的Ａ］Ｎ陶瓷在　比较低的烧结温度下，图２的烧结现象明显，晶粒结　维普资讯 http://www.cqvip.com

图２　ＳＰＳ烧结ＡＩＮ陶瓷是断面扫描电镜图（Ｘ　２Ｋ）　Ｆｉｇ．２　Ｆｒａｃｔｕｒｅ　ＳＥＭ　ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ　ｏｆ　ＡＩＮ　ｃｅｒａｍｉｃｓ　ｂｙ　ＳＰＳ（ｘ２Ｋ）　化技术要求高，影响了其发展。ＳｉＣ陶瓷导热性能好，　具有耐磨和高硬度的特点，但是其烧结困难，难于得　到致密的产品∞】。这些高导热材料在产业化生产中存　在或多或少的问题，并没有在实际生产生活中起到　应有的作用。ＭＮ陶瓷材料具有优良的热、电、力学、　光学等一系列优良特性，与ＢｅＯ基陶瓷相当甚至在　一些方面更佳，特别是它对人类健康和环境不会产　生有害污染，已引起了国内外研究者的广泛关注，并　获得了应用。　６．１电子工业领域的应用　随着电子工业尤其是微电子技术的发展，高导　热Ａ１Ｎ陶瓷材料由于其在导热、绝缘、介电特性、与　ｓｉ热膨胀系数匹配以及强度等方面的优异特性，使　其在电子工业中的应用日益受到重视，非常适合作　半导体基板，也是替代Ａｌ　０　、ＢｅＯ基板材料的最好　材料。具有优异导热性能的ＢｅＯ材料由于其剧毒性　了它在工业中的应用。在目前的无机非金属高　导热材料中，高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料的综合性能良好，　非常适用于电子工业，尤其是在超大规模集成电路　制作中，储量越来越密集的芯片集成度成百倍增加，　传统的　Ｏ。陶瓷基板越来越难以满足大规模集成　电路的要求，高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料热导率是Ａｌ　Ｏ　的　ｌ０倍，将替代　Ｏ。担起重任。在高功率微波管中，高　导热Ａ１Ｎ陶瓷材料可作ＲＦ输能窗、螺旋线行波管的　支持杆、终端负载、耦合腔行波管和速调管的损耗钮　扣。　６．２高温耐蚀材料领域的应用　高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料具有优异的耐腐蚀性能，　可被熔融铝浸润，但不能与其反应，包括铜、锂、铀、　《陶瓷学报￣２００７年第１期　图３热压烧结陶瓷是断面扫描电镜图（Ｘ　２Ｋ）　Ｆｉｇ．３　Ｆｒａｃｔｕｒｅ　ＳＥＭ　ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ　ｏｆ　ＡＩＮ　ｃｅｒａｍｉｃｓ　ｂｙ　ｈｏｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（ｘ２Ｋ）　铁的化合物合金以及一些超耐热合金。此外，它能与　许多金属在高温下共存，因此是优良的坩埚材料，也　可用作腐蚀性物质的容器和处理器。　６．３复合材料领域的应用　为了发挥高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料的优点，有效抑　制它的不利于因素，通过复相陶瓷的途径，拓展它在　其他方面的应用。如加入ＴｉＣｐ、ＳｉＣｐ颗粒和ＳｉＣｗ晶　须以提高其强度和韧性。目前Ａｌ／ＡｌＮ、Ａ１Ｎ／ＴｉＮ、　Ａ１Ｎ／ＢＮ等复合材料的研究也取得了很大进展，这些　复合材料性能优异。例如，将适量的ＡＩＮ粉末加入某　种聚合物，可使该物质的热导率提高１０　５Ｏ倍；高　纯度的ＭＮ陶瓷呈透明状，可用作电子光学器件。　Ａ１Ｎ陶瓷还具有优良的耐磨耗性质，可用作研磨材料　和耐磨损零件。此外Ａ１Ｎ陶瓷材料还可以用作交换　材料，如熔炼各种金属、稀有金属的坩埚，也可以用　作红外线及雷达透过材料，在国防军工方面也具有　发展前景。总之，Ａ１Ｎ具有多方面优良性能，在许多领　域均将有十分良好的应用前景　。　７高导热　Ｎ陶瓷材料的发展动向　高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料的优越性能得到了学术界　的一致认可，但其商品化程度仍然比较低。在促进高　导热Ａ１Ｎ陶瓷材料的进一步发展和扩大其应用领域　方面，高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料的发展动向主要有：　（１）从技术角度来看，ＭＮ陶瓷材料制备技术已　经得到了比较完善的发展，但是离大规模产业化目　标还有一定距离，主要是其工艺技术和设备复杂难　维普资讯 http://www.cqvip.com

《陶瓷学报，｝２００７年第１期　于控制。在保证能够获得较高纯度的ＡＩＮ的前提下，　如何降低及控制其生产工艺条件的要求．还有待于　进一步的研究。另外，Ａ１Ｎ的添加剂选择、杂质以及第　二相的控制，需要系统深入研究，找出它们的影响规　律以及作用机理，有利于降低Ａ１Ｎ的烧结温度，获得　高纯度的高导热Ａ１Ｎ陶瓷材料。　（２）从成本角度来看，Ａ１Ｎ陶瓷材料的许多优良　性能都基于氮化铝薄膜的制备，但薄膜的制备所需要　的没备复杂，造价昂贵，难于实施商品化发展，并且　目前所使用的制备薄膜的方法通常要求将衬底加热　到较高的温度，而随着集成光学器件的发展，膜层制　备需要在低温条件下进行，以避免对衬底材料的热　损伤。所以选择成本比较低的原料，加强氮化铝的低　温烧结方面的研究，简化制作工艺，将大大有利于降　低氮化铝陶瓷生产成本，加快其商品化的进程。　参考文献　１Ｋｕｍ￣Ａ　Ｈ，Ｔｕｍｍａｌｅ　Ｒ　Ｒ．Ｔｈｅ　ｐａｓｔ，ｐｒｅｓｅｎｔ　ａｎｄ　ｆｕｔｕｒｅ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ　ｃｅｒａｍｉｃ　ｍｕｌｔｉｃｈｉｐ　ｍｏｄｕｌｅｓ　ｉｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｐａｃｋａｇｉｎｇ．　１９９２，４４（７）：１０　２Ｇｅｒｍａｎ　Ｒ　Ｍ，Ｈｅｎｓ　Ｋ　Ｆ，Ｊｏｈｎｓｏｎ　Ｊ　Ｌ．Ｐｏｗｄｅｒ　ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｆｏｒ　ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｊｏｕｍａｌ　ｏｆ　Ｐｏｗｄｅｒ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，１９９４，３０（２）：２０５　３姜宏程．高导热性能的氮化铝陶瓷的研究，引进与咨询，　１９９８．２　４　Ｙａｏｃｈｅｎｇ　Ｌｉｕ，Ｙｉｎ　Ｗｕ，Ｈｅｐｉｎｇ　Ｚｈｏｕ．Ｍｉｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｉｎｔｅｒｅｄ　ＡＩＮ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９８，３５：　２３２—２３５　５　Ｓｈｏｉｃｈｉ　Ｋｕｍｅ，Ｍａｓａｋｉ　Ｙａｓｕｏｋａ，Ｎａｏｋｉ　Ｏｍｕｒａ，Ｋｏｊｉ　Ｗａｔａｒｉ．　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｚｉｒｃｏｎｉａ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｎ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｌｏｓｓ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｎｉｔｒｉｄｅ　ｃｅｒａｍｉｃｓ．Ｃｅｒａｍｉｃｓ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ１．２００５：　４－７　６　Ｙ．Ｌｉａｏ，Ｒ．Ｃ．Ｆａｎｇ，Ｚ．Ｙ．Ｙｅ　ｅｔ　ａ１．．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｆｉｌｍ　ｏｎ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｎｉｔｒｉｄｅ　ｃｅｒａｍｉｃ．　Ａｐｐ１．Ｐｈｙｓ．．１９９９，Ａ６９：１０１—１０３　７　Ｎａｉｇｕｉ　Ｓｈａｎｇ，Ｒｏｎｇｃｈｕａｎ　Ｆａｎｇ，Ｊｉｎｇｂｉａｏ　Ｃｕｉ　ｅｔ　ａ１．Ｔｅｘｔｕｒｅｄ　ＣＶＤ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｆｉｌｍｓ　ｇｒｏｗｎ　ｏｎ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｎｉｔｒｉｄｅ（Ａ１Ｎ）　ｅｃｒａｍｉｃｓ．Ｔｈｉｎ　Ｓｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ，１９９８，３３４：１７８－１８１　８王华彬，郑永挺，韩杰才等．Ａ１Ｎ陶瓷研究新发展ｌＩ力能材料，　６３　２０００增刊：１６—１９　９吴清仁．先进无机功能材料与空间材料热物性学的研究．华　南理工大学博士学位论文，１９９９．５　１０吴清仁，刘振群．无机功能材料热物理．广州：华南理工大学　出版社，２００３．５　１　１关振铎，张中太等主编．无机材料物理性能，２００１　１２陈广乐，范仕刚，夏淑琴．高导热Ａ１Ｎ陶瓷烧结助剂的研究　现状．现代技术陶瓷，２００４．１　１３何旭初，徐洁，丘泰．Ａ１Ｎ陶瓷中的品格缺陷．南京化工大学学　报，１９９５，１７（增刊）：７９—８２　１４　Ｗａｔａｒｉ　Ｋ　Ｈ，Ｗａｎｇ　Ｈ　Ｊ，Ｙｏｒｉｖａｍａ　Ｍ，ｅｔ　ａ１．Ｌｏｗ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ＹｌｉＯ２－ｄｏｐｅｄ　ＡＩＮ　ｃｅｒａｍｉｃｓ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍｉｃｓ，１９９６，７９（７）：１９７９—１９８１　１５黄小丽，马庆智，李发等．ＣａＯ—Ｙ。Ｏ　添加剂ＡＩＮ陶瓷显微结　构和性能的影响．无机材料学报，２００２，１７（２）：２７７－２８２　１　６　Ｋｏｍｅｙａ　Ｋ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　ｆｉｎｅ　ＡＩＮ　ｂｙ　ｄｉｒｅｃｔ　ｎｉｔｒｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ．Ｊ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．，１９９３，１０１（１２）：１３１７－１３２３　１　７　Ｒｉｍｕｒａ　１．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　ｆｉｎｅ　ＡＩＮ　ｐｏｗｄｅｒ　ｂｙ　ａ　ｆｌｏａｔｉｎｇ　ｎｉｔｒｉｄａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｕｓｉｎｇ　ａｎ　Ｎ２／ＮＨ３　ｇａｓ　ｍｉｘｔｕｒｅ．Ｊ．Ｍａｔｅｒ．　Ｓｃｉ．Ｌｅｔｔ．，１９８９，８（３）：３０３—３０４　ｌ８蔡杰、张宝林、罗新宇等．氮化铝粉体合成研究的最新进展．　真空电子技术，１９９５，２：２８—３１　ｌ９黄小丽，马庆智．氮化铝陶瓷的热导率研究进展．材料科学与　工程，２０００，１８（３）：１１９—１２２　２Ｏ　Ｍ．Ａ．Ｊｏｈｎｓｏｎ　ｎａｄ　Ｒ．Ｆ．Ｍｅｈ１．Ｔｒａｎｓ．ＡＩＭＥ，１９３９，１３５：４１６　２１　ＫｏｊｉＷａｔｅｒｉ，Ｈａｃ　Ｊ．Ｈｗａｎｇ　ｅｔａ１．Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，１９９６，７９　（７）：１９７９　２２秦明礼，曲选辉，黄栋生等．高导热率氮化铝陶瓷制备技术　进展．粉末冶金材料科学与工程，２００１，３：３０－３６　２３邹清、马鸿雁．氮化铝的研究进展．化学研究与应用，２００４．　２：ｌｌ一１４　２４蒋新，黄莉萍，李虹等．无机材料学报，１９９４，９（４）：３１２—３１８　２５　Ａｎｎａ　Ｚ，Ｖｉｃｔｏｒ　Ｚ，Ｇｕｉｌｌｏｔ　Ｊ　Ｂ．Ｔｅｃｈｎｏｍｉｃ　Ｐｕｂ１．Ｃｏ．Ｉｎｃ．，１９９８，　７（１）：６７－７３　２６　Ｃｈｕｎｇ　Ｓｈｙａｎｌｕｎｇ，Ｙｕ　Ｗｅｎｌｉａｎｇ，Ｌｉｕ　Ｃｈｕｎｎａｎ．Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，　１９９９，ｌ４（５）：１９２８－１９３３　２７李劲风，郑子樵，何国新等．自蔓延法高温合成Ａ１Ｎ的研究．　材料科学与工程，１９９９，ｌ７（１）：８０－８３　２８杨东升．氮化铝陶瓷的烧结技术．北京工业大学，２００５．９　２９刘军芳．放电等离子烧结法制备氮化铝透明陶瓷．武汉理工　大学，２００５，５１１６】　３Ｏ刘志国．氮化铝陶瓷极其用途．佛山陶瓷，２００２，４　维普资讯 http://www.cqvip.com

《陶瓷学报｝２００７年第１期　ＰＲｏＧＲＥＳＳ　ＩＮ　ＦＡＢＲＩＣＡＴＩｏＮ　ＡＮＤ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩｏＮ　ｏＦ　ＨＩＧＨ　ＴＨＥＲＭＡＬ　ＣｏＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ　ＡＬＮ　ＣＥＲＡＭＩＣＳ　Ｌｉ　Ｑｉｎｇｔａｏ　Ｗｕ　Ｑｉｎｇｒｅｎ　Ｓｕｎ　Ｃｈｕａｎｇｑ＃Ｘｉｅ　Ｄａｉｙ＃　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６４０）　（２．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｓｐｅｃｉａｌｌｙ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ．Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｎ￣ａｃｔｕｄｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｇｙ　ｏｆｏ　Ｍｉｎｉｓｔｙｒ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，　Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙｔ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１　０６４０）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｙ　ＡＩｔＮ　ｃｅｒａｍｉｃｓ　ａｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ＡＩＮ　ｃｅｒａｍｉｃｓ，ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｆｉｅｌｄ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ＡＩＮ　ｃｅｒａｍｉｃｓ，ｈｉｇｈ－ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｙ，ｆｔａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｃｅｓｓ，ａｐｐｌｏｉｃａｔｉｏｎ　Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　ｏｎ　Ｓｅｐ．２５。２００６　Ｌｉ　Ｑｉｎｇｔａｏ。ｍａｌｅ，Ｅ－ｍａｉｈ　ｊｏｈｎｌｅｅ２００４＠１　６３．ｃｏｍ