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Portuguese Cerámica de nitruro de aluminio（AIN）
Cerámicas de nitruro de aluminio: Propiedades, aplicaciones y alta conductividad térmica
¿Qué es la cerámica de nitruro de aluminio?
La cerámica de nitruro de aluminio (AlN) es un compuesto sintético que se forma aplicando alta presión en un horno de vacío y sinterizándolo en atmósfera de nitrógeno. Se suele producir en forma de placas y componentes estructurales. Compuesta principalmente de enlaces covalentes en una estructura hexagonal wurtzita, la cerámica de nitruro de aluminio no es tóxica ni perjudicial para el medio ambiente.
Las cerámicas de AlN presentan una mayor resistencia a la flexión que las cerámicas funcionales, como las cerámicas dieléctricas y las cerámicas de titanato de bario. Sin embargo, su resistencia es ligeramente inferior a la de cerámicas estructurales como las cerámicas de circonio y nitruro de silicio. En particular, las cerámicas de nitruro de aluminio tienen un coeficiente de dilatación térmica muy similar al del nitruro de silicio y galio, lo que las hace muy compatibles y adecuadas para su integración en diversos sistemas. Presentan una excelente estabilidad térmica hasta 800 °C, pero empiezan a oxidarse a temperaturas superiores a este umbral.
Las cerámicas de AlN mantienen una alta resistencia a temperatura ambiente y muestran muy poca pérdida de rendimiento incluso con el aumento de la temperatura. Por ejemplo, el AlN prensado en caliente puede mantener una resistencia de alrededor de 500 MPa cuando se calienta a 1500 °C. Debido a su alta conductividad térmica combinada con una baja tasa de expansión térmica, el AlN maneja cambios rápidos de temperatura excepcionalmente bien y es particularmente adecuado para su uso en intercambiadores de calor, incluidos los que se encuentran en turbinas de gas.
La alta conductividad térmica de las cerámicas de nitruro de aluminio
La elevada conductividad térmica de las cerámicas de nitruro de aluminio se atribuye a su exclusivo mecanismo de conducción del calor basado en fonones. Mientras que los monocristales pueden alcanzar valores de conductividad térmica de hasta 319 W/m-K, la conductividad térmica de las cerámicas de nitruro de aluminio sinterizadas oscila entre 70 y 270 W/m-K. Los sustratos cerámicos de nitruro de aluminio suelen presentar una conductividad térmica de entre 170 y 190 W/m-K.
Durante la sinterización a alta temperatura, pueden formarse defectos de red y de oxígeno que afectan al rendimiento térmico. Para lograr una mayor conductividad térmica, es crucial minimizar la concentración de oxígeno durante el proceso de sinterización. Las investigaciones indican que mantener la concentración de oxígeno por debajo de 0,75% a nivel atómico reduce los defectos de la red, lo que da lugar a materiales más densos con mayor conductividad térmica.
En comparación con los sustratos de alúmina tradicionales, que tienen una conductividad térmica de solo 17–25 W/(m·K), el nitruro de aluminio ofrece una conductividad térmica significativamente mayor, aproximadamente de cinco a diez veces mayor. Aunque el óxido de berilio (BeO) ofrece una conductividad térmica comparable a la del AlN, su toxicidad es una preocupación importante: la inhalación de polvo de BeO puede causar neumonía aguda o enfermedad pulmonar crónica por berilio.Aunque el óxido de berilio (BeO) ofrece una conductividad térmica comparable a la del AlN, su toxicidad es una preocupación importante: la inhalación de polvo de BeO puede causar neumonía aguda o enfermedad pulmonar crónica por berilio.
Las propiedades de Cerámica de nitruro de aluminio （AlN）
Propiedades físicas
| Propiedades | Unidad | Valor |
| Densidad sinterizada | g/cm³ | 3.33 |
| Color | gris | |
| Absorción de agua | % | 0 |
| Estructura cristalina | Hexagonal | |
| pH | 6.3 | |
| Dureza (@20℃) | Mohs | 7 |
| Dureza (@20℃) | Hv | 1100 - 1200 |
| Punto de fusión | ℃ | 2200 |
Propiedades mecánicas
| Propiedades | Unidad | Valor |
| Relación Poissons | 0.21 | |
| Resistencia a la flexión | MPa | 380 - 480 |
| Módulo de elasticidad（@20℃） | GPa | 310 |
| Módulo de cizallamiento | GPa | 128 |
Propiedades térmicas
| propiedades | Unidad | Valor |
| Conductividad térmica（@20℃） | W/m-K | 175 |
| CTE, lineal (20-400°C) | 1/°C | 4.6 x 10-⁶ |
| CTE, lineal (20-1000°C) | 1/°C | 5.6 x 10-⁶ |
| Temperatura máxima de uso | ℃ | 800 |
| Capacidad calorífica específica | J/g-°C | 0.738 |
Propiedades eléctricas
| propiedades | Unidad | Valor |
| Índice de pérdida dieléctrica | 0,0004（ 1e+6 Hz） | |
| Rigidez dieléctrica（@Th 1,50 mm） | kV/mm | >= 13.3 |
| Resistividad volumétrica | Ω-cm | 1.00 x 10¹³ |
| Rotura dieléctrica | kV/mm | 16 |
| Constante dieléctrica (@ 20℃) | MHz | 9 |
| Brecha de banda | Ω-cm | 6.2 |
*Los valores representan las propiedades típicas de los materiales y pueden variar en función de la configuración del producto y del proceso de fabricación,
Para más información, no dude en Contacto.
Aplicaciones de la cerámica de nitruro de aluminio
1. La cerámica de nitruro de aluminio (AlN) se utiliza ampliamente en circuitos integrados a gran escala, circuitos de módulos semiconductores y dispositivos de alta potencia, como circuitos de módulos de potencia, rectificadores controlados por silicio, transistores de alta potencia, láseres semiconductores, circuitos integrados de alta potencia, relés de estado sólido y fuentes de alimentación conmutadas.
Un ejemplo notable son los sustratos cerámicos de nitruro de aluminio, que pueden sustituir a los sustratos cerámicos de alúmina para mejorar significativamente el rendimiento y la longevidad de los LED de alta potencia. Los estudios demuestran que esta sustitución puede prolongar la vida útil de los LED entre 6.000 y 7.000 horas.
2. Recipientes y crisoles para la fusión de metales y aleaciones.
3. Sensores ópticos.
Empresa de cerámica de nitruro de aluminio
YI XING WEIERT CERAMICS TECHNOLOGY CO., LTD. es un fabricante profesional especializado en el mecanizado CNC de componentes cerámicos de AlN. Si desea adquirir crisoles de AlN o componentes cerámicos de AlN personalizados, no dude en contactarnos. Nuestros expertos están siempre a su disposición.
