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Portuguese Céramique au nitrure d'aluminium（AIN）
Céramiques à base de nitrure d'aluminium : Propriétés, applications et perspectives de haute conductivité thermique
Qu'est-ce que la céramique au nitrure d'aluminium ?
La céramique de nitrure d'aluminium (AlN) est un composé synthétique formé par l'application d'une pression élevée dans un four sous vide et le frittage sous atmosphère d'azote. Il est généralement produit sous forme de plaques et de composants structurels. Composées principalement de liaisons covalentes dans une structure hexagonale wurtzite, les céramiques de nitrure d'aluminium sont non toxiques et sans danger pour l'environnement.
Les céramiques d'AlN présentent une résistance à la flexion plus élevée que les céramiques fonctionnelles telles que les céramiques diélectriques et les céramiques de titanate de baryum. Toutefois, leur résistance est légèrement inférieure à celle des céramiques structurelles telles que la zircone et les céramiques à base de nitrure de silicium. Les céramiques de nitrure d'aluminium ont notamment un coefficient de dilatation thermique proche de celui du silicium et du nitrure de gallium, ce qui les rend hautement compatibles et adaptées à l'intégration dans divers systèmes. Elles présentent une excellente stabilité thermique jusqu'à 800°C, mais commencent à s'oxyder au-delà de ce seuil.
Les céramiques AlN conservent une résistance élevée à température ambiante et présentent très peu de perte de performance même lorsque la température augmente. Par exemple, l'AlN pressé à chaud peut encore conserver une résistance d'environ 500 MPa lorsqu'il est chauffé à 1 500 °C. En raison de sa conductivité thermique élevée combinée à un faible taux de dilatation thermique, l'AlN gère exceptionnellement bien les changements rapides de température et est particulièrement adapté à une utilisation dans les échangeurs de chaleur, y compris ceux que l'on trouve dans les turbines à gaz.
Conductivité thermique élevée des céramiques à base de nitrure d'aluminium
La conductivité thermique élevée des céramiques de nitrure d'aluminium est attribuée à son mécanisme unique de conduction thermique basé sur les phonons. Alors que les monocristaux peuvent atteindre des valeurs de conductivité thermique allant jusqu'à 319 W/m-K, la conductivité thermique des céramiques de nitrure d'aluminium frittées se situe entre 70 et 270 W/m-K. Les substrats en céramique de nitrure d'aluminium présentent généralement une conductivité thermique comprise entre 170 et 190 W/m-K.
Lors du frittage à haute température, des défauts de réseau et d'oxygène peuvent se former, ce qui a un impact sur les performances thermiques. Pour obtenir une conductivité thermique plus élevée, il est essentiel de minimiser la concentration d'oxygène pendant le processus de frittage. Les recherches indiquent que le maintien de la concentration d'oxygène en dessous de 0,75% au niveau atomique réduit les défauts du réseau, ce qui permet d'obtenir des matériaux plus denses avec une meilleure conductivité thermique.
Comparé aux substrats d'alumine traditionnels, qui ont une conductivité thermique de seulement 17 à 25 W/(m·K), le nitrure d'aluminium offre une conductivité thermique nettement plus élevée, environ cinq à dix fois supérieure. Bien que l'oxyde de béryllium (BeO) offre une conductivité thermique comparable à celle de l'AlN, sa toxicité est une préoccupation majeure : l'inhalation de poussière de BeO peut provoquer une pneumonie aiguë ou une maladie pulmonaire chronique au béryllium. Bien que l'oxyde de béryllium (BeO) offre une conductivité thermique comparable à celle de l'AlN, sa toxicité est une préoccupation majeure : l'inhalation de poussière de BeO peut provoquer une pneumonie aiguë ou une maladie pulmonaire chronique au béryllium.
Les propriétés de Céramique de nitrure d'aluminium （AlN）
Propriétés physiques
| Propriétés | Unité | Valeur |
| Densité frittée | g/cm³ | 3.33 |
| Couleur | gris | |
| Absorption de l'eau | % | 0 |
| Structure cristalline | Hexagonal | |
| pH | 6.3 | |
| Dureté (@20℃) | Mohs | 7 |
| Dureté (@20℃) | Hv | 1100 - 1200 |
| Point de fusion | ℃ | 2200 |
Propriétés mécaniques
| Propriétés | Unité | Valeur |
| Rapport Poissons | 0.21 | |
| Résistance à la flexion | MPa | 380 - 480 |
| Module d'élasticité（@20℃） | GPa | 310 |
| Module de cisaillement | GPa | 128 |
Propriétés thermiques
| propriétés | Unité | Valeur |
| Conductivité thermique（@20℃） | W/m-K | 175 |
| CTE, linéaire (20-400°C) | 1/°C | 4.6 x 10-⁶ |
| CTE, linéaire (20-1000°C) | 1/°C | 5.6 x 10-⁶ |
| Température maximale d'utilisation | ℃ | 800 |
| Capacité thermique spécifique | J/g-°C | 0.738 |
Propriétés électriques
| propriétés | Unité | Valeur |
| Indice de perte diélectrique | 0.0004（ 1e+6 Hz） | |
| Rigidité diélectrique（@Th 1.50 mm） | kV/mm | >= 13.3 |
| Résistivité volumique | Ω-cm | 1.00 x 10¹³ |
| Rupture diélectrique | kV/mm | 16 |
| Constante diélectrique (@ 20℃) | MHz | 9 |
| Écart de bande | Ω-cm | 6.2 |
*Les valeurs représentent les propriétés typiques des matériaux et peuvent varier en fonction de la configuration du produit et du processus de fabrication,
Pour plus d'informations, n'hésitez pas à contacter nous contacter.
Applications des céramiques à base de nitrure d'aluminium
1. Les céramiques de nitrure d'aluminium (AlN) sont largement utilisées dans les circuits intégrés à grande échelle, les circuits de modules semi-conducteurs et les dispositifs de grande puissance, tels que les circuits de modules de puissance, les redresseurs commandés au silicium, les transistors de grande puissance, les lasers à semi-conducteurs, les circuits intégrés de grande puissance, les relais à semi-conducteurs et les alimentations à découpage.
Un exemple notable est celui des substrats en céramique de nitrure d'aluminium, qui peuvent remplacer les substrats en céramique d'alumine pour améliorer de manière significative les performances et la longévité des LED de haute puissance. Des études montrent que cette substitution peut prolonger la durée de vie des LED de 6 000 à 7 000 heures.
2. Récipients et creusets pour la fusion des métaux et alliages.
3. Capteurs optiques.
Aluminum Nitride Ceramic Company
YI XING WEIERT CERAMICS TECHNOLOGY CO., LTD. est un fabricant professionnel spécialisé dans l'usinage CNC de composants en céramique AlN. Si vous souhaitez acheter des creusets AlN ou des composants en céramique AlN sur mesure, n'hésitez pas à nous contacter. Nos experts sont toujours à votre disposition.
