Los sustratos cerámicos de nitruro de aluminio tienen una conductividad térmica extremadamente alta, alta tasa de aislamiento eléctrico y propiedades de expansión térmica similares a las de los materiales semiconductores como las obleas de silicio. Son ampliamente utilizados en la industria de envases electrónicos.
El líder del mercado en polvo de materia prima de nitruro de aluminio es Tokuyama Corporation de Japón. Tiene una producción anual de 840 toneladas de polvo de nitruro de aluminio y representa aproximadamente el 75% de la cuota de mercado global. Tokuyama utiliza principalmente el método de reducción carbotérmica para producir y preparar el polvo de nitruro de aluminio de grado electrónico de alta pureza.
Las ventajas del método de reducción carbotérmica son que puede usar una amplia gama de materias primas (AL2O3) y lograr un control de proceso estable al mismo tiempo. El principio del proceso del método de reducción carbotérmica es el siguiente: cuando el Al2O3 y C uniformemente mezclado se calientan en una atmósfera N2, Al2O3 se reduce primero y luego el producto resultante reacciona con N2 para generar ALN. Su fórmula de reacción química es Al2O3 (S) + 3C (S) + N2 (G) → 2Aln (S) + 3CO (G). Este método tiene un proceso simple, alta pureza en polvo, tamaño de partícula pequeña y distribución uniforme. Sin embargo, el tiempo de síntesis es largo, la temperatura de nitruración es relativamente alta y el carbono excesivo debe eliminarse después de la reacción. Si la eliminación de carbono no es exhaustiva y el contenido de carbono residual en el polvo de nitruro de aluminio es demasiado alto, tendrá un gran impacto en el rendimiento del polvo. El polvo de grado H de Tokuyama puede controlar que el contenido de carbono residual sea ≤ 280 ppm, y el polvo de grado G puede controlarlo como ≤ 200 ppm.
El contenido de carbono residual excesivo tiene los siguientes impactos principales en los sustratos de cerámica de nitruro de aluminio:
Impacto en el proceso de sinterización: durante el proceso de sinterización de la cerámica de nitruro de aluminio, el contenido de carbono residual afectará el grado de densificación y la microestructura del cuerpo sinterizado. Un contenido de carbono residual demasiado alto puede conducir a la aparición de agujeros o grietas en el cuerpo sinterizado, reduciendo así las propiedades mecánicas y la estabilidad térmica del material.
Impacto en la conductividad térmica: la existencia de contenido de carbono residual afectará directamente la conductividad térmica de la cerámica de nitruro de aluminio. Dado que la conductividad térmica del carbono es mucho menor que la del nitruro de aluminio, un aumento en el contenido de carbono residual conducirá a una disminución en la conductividad térmica general de la cerámica de nitruro de aluminio.
Impacto en las propiedades mecánicas: el contenido de carbono residual también afectará las propiedades mecánicas de la cerámica de nitruro de aluminio, como la resistencia a la flexión y la resistencia a la fractura. Los estudios experimentales han demostrado que a medida que disminuye la temperatura, la resistencia a la flexión y la tenacidad a la fractura de la cerámica de nitruro de aluminio que contiene una cantidad apropiada de carbono residual aumentará en cierta medida. Sin embargo, si el contenido de carbono residual es demasiado alto, puede conducir a la concentración de tensión dentro del material y luego reducir sus propiedades mecánicas.
Impacto en las propiedades eléctricas: para los campos de aplicación que requieren un alto aislamiento eléctrico, la existencia de contenido de carbono residual puede reducir el rendimiento de aislamiento eléctrico de la cerámica de nitruro de aluminio. Debido a que el carbono en sí es un material conductor, un contenido de carbono residual demasiado alto aumentará la conductividad eléctrica del material, afectando así su aplicación en el campo electrónica.
