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Portuguese Ceramica al nitruro di alluminio (AIN）)
Ceramiche al nitruro di alluminio: Proprietà, applicazioni e approfondimenti sull'alta conducibilità termica
Che cos'è la ceramica al nitruro di alluminio?
La ceramica al nitruro di alluminio (AlN) è un composto sintetico che si forma applicando un'alta pressione in un forno a vuoto e sinterizzando in atmosfera di azoto. Viene comunemente prodotto sotto forma di lastre e componenti strutturali. Composta principalmente da legami covalenti in una struttura esagonale wurtzite, la ceramica di nitruro di alluminio è atossica e sicura per l'ambiente.
Le ceramiche AlN presentano una maggiore resistenza alla flessione rispetto alle ceramiche funzionali, come le ceramiche dielettriche e le ceramiche a base di titanato di bario. Tuttavia, la loro resistenza è leggermente inferiore a quella di ceramiche strutturali come la zirconia e le ceramiche al nitruro di silicio. In particolare, le ceramiche al nitruro di alluminio hanno un coefficiente di espansione termica molto simile a quello del silicio e del nitruro di gallio, il che le rende altamente compatibili e adatte all'integrazione in vari sistemi. Dimostrano un'eccellente stabilità termica fino a 800°C, ma iniziano a ossidarsi a temperature superiori a questa soglia.
AlN ceramics maintain high strength at room temperature and show very little loss of performance even as the temperature rises. For example, hot-pressed AlN can still hold a strength of around 500 MPa when heated to 1500°C. Due to its high thermal conductivity combined with a low thermal expansion rate, AlN handles rapid temperature changes exceptionally well and is particularly suited for use in heat exchangers, including those found in gas turbines.
L'elevata conduttività termica delle ceramiche al nitruro di alluminio
L'elevata conduttività termica delle ceramiche in nitruro di alluminio è attribuita al suo esclusivo meccanismo di conduzione del calore basato sui fononi. Mentre i cristalli singoli possono raggiungere valori di conducibilità termica fino a 319 W/m-K, la conducibilità termica delle ceramiche di nitruro di alluminio sinterizzate varia tra 70 e 270 W/m-K. I substrati ceramici in nitruro di alluminio presentano tipicamente una conducibilità termica compresa tra 170 e 190 W/m-K.
Durante la sinterizzazione ad alta temperatura, possono formarsi difetti reticolari e di ossigeno, con conseguente impatto sulle prestazioni termiche. Per ottenere una maggiore conducibilità termica, è fondamentale ridurre al minimo la concentrazione di ossigeno durante il processo di sinterizzazione. La ricerca indica che mantenere la concentrazione di ossigeno al di sotto di 0,75% a livello atomico riduce i difetti reticolari, dando vita a materiali più densi con una maggiore conducibilità termica.
Compared to traditional alumina substrates, which have a thermal conductivity of only 17–25 W/(m·K), aluminum nitride offers a significantly higher thermal conductivity, roughly five to ten times greater. Although beryllium oxide (BeO) offers thermal conductivity comparable to that of AlN, its toxicity is a major concern: inhalation of BeO dust can cause acute pneumonia or chronic beryllium lung disease.Although beryllium oxide (BeO) offers thermal conductivity comparable to that of AlN, its toxicity is a major concern: inhalation of BeO dust can cause acute pneumonia or chronic beryllium lung disease.
Le proprietà di Ceramica al nitruro di alluminio (AlN）)
Proprietà fisiche
| Proprietà | Unità | Valore |
| Densità sinterizzata | g/cm³ | 3.33 |
| Colore | grigio | |
| Assorbimento dell'acqua | % | 0 |
| Struttura cristallina | Esagonale | |
| pH | 6.3 | |
| Durezza (@20℃) | Mohs | 7 |
| Durezza (@20℃) | Hv | 1100 - 1200 |
| Punto di fusione | ℃ | 2200 |
Proprietà meccaniche
| Proprietà | Unità | Valore |
| Rapporto Poissons | 0.21 | |
| Resistenza alla flessione | MPa | 380 - 480 |
| Modulo di elasticità (@20℃）) | GPa | 310 |
| Modulo di taglio | GPa | 128 |
Proprietà termiche
| proprietà | Unità | Valore |
| Conduttività termica (@20℃）) | W/m-K | 175 |
| CTE, lineare (20-400°C) | 1/°C | 4.6 x 10-⁶ |
| CTE, lineare (20-1000°C) | 1/°C | 5.6 x 10-⁶ |
| Temperatura massima di utilizzo | ℃ | 800 |
| Capacità termica specifica | J/g-°C | 0.738 |
Proprietà elettriche
| proprietà | Unità | Valore |
| Indice di perdita dielettrica | 0,0004（ 1e+6 Hz） | |
| Rigidità dielettrica (@Th 1,50 mm) | kV/mm | >= 13.3 |
| Resistività di volume | Ω-cm | 1.00 x 10¹³ |
| Guasto dielettrico | kV/mm | 16 |
| Costante dielettrica (@ 20℃) | MHz | 9 |
| Distanza tra le bande | Ω-cm | 6.2 |
*I valori rappresentano le proprietà tipiche del materiale e possono variare a seconda della configurazione del prodotto e del processo di produzione,
Per ulteriori informazioni, non esitate a contattateci.
Applicazioni della ceramica al nitruro di alluminio
1. Le ceramiche al nitruro di alluminio (AlN) sono ampiamente utilizzate nei circuiti integrati su larga scala, nei circuiti dei moduli a semiconduttore e nei dispositivi ad alta potenza, come i circuiti dei moduli di potenza, i raddrizzatori controllati al silicio, i transistor ad alta potenza, i laser a semiconduttore, i circuiti integrati ad alta potenza, i relè a stato solido e gli alimentatori switching.
Un esempio significativo è rappresentato dai substrati ceramici in nitruro di alluminio, che possono sostituire i substrati ceramici in allumina per migliorare significativamente le prestazioni e la longevità dei LED ad alta potenza. Gli studi dimostrano che questa sostituzione può estendere la durata di vita dei LED di 6.000-7.000 ore.
2. Containers and crucibles for the melting of metals and alloys.
3. Optical sensors.
Azienda ceramica al nitruro di alluminio
YI XING WEIERT CERAMICS TECHNOLOGY CO., LTD. is a professional manufacturer specializing in CNC machining of AlN ceramic components. If you are looking to purchase AlN crucibles or custom AlN ceramic components, please feel freeto contact us. Our experts are always ready to assist you.
