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Czech Cerâmica de nitreto de alumínio (AIN)
Cerâmicas de nitreto de alumínio: propriedades, aplicações e insights sobre alta condutividade térmica
O que é cerâmica de nitreto de alumínio?
A cerâmica de nitreto de alumínio (AlN) é um composto sintético formado pela aplicação de alta pressão em um forno a vácuo e sinterização sob atmosfera de nitrogênio. É comumente produzida na forma de placas e componentes estruturais. Compostas principalmente por ligações covalentes em uma estrutura hexagonal de wurtzita, as cerâmicas de nitreto de alumínio são atóxicas e ambientalmente seguras.
As cerâmicas de AlN apresentam maior resistência à flexão em comparação com cerâmicas funcionais, como cerâmicas dielétricas e cerâmicas de titanato de bário. No entanto, sua resistência é ligeiramente inferior à de cerâmicas estruturais, como cerâmicas de zircônia e nitreto de silício. Notavelmente, as cerâmicas de nitreto de alumínio apresentam um coeficiente de expansão térmica muito próximo ao do nitreto de silício e de gálio, tornando-as altamente compatíveis e adequadas para integração em diversos sistemas. Demonstram excelente estabilidade térmica até 800 °C, mas começam a oxidar em temperaturas acima desse limite.
As cerâmicas de AlN mantêm alta resistência à temperatura ambiente e apresentam perda mínima de desempenho, mesmo com o aumento da temperatura. Por exemplo, o AlN prensado a quente ainda pode manter uma resistência de cerca de 500 MPa quando aquecido a 1500 °C. Devido à sua alta condutividade térmica combinada com uma baixa taxa de expansão térmica, o AlN lida excepcionalmente bem com mudanças rápidas de temperatura e é particularmente adequado para uso em trocadores de calor, incluindo aqueles encontrados em turbinas a gás.
A alta condutividade térmica da cerâmica de nitreto de alumínio
A alta condutividade térmica das cerâmicas de nitreto de alumínio é atribuída ao seu mecanismo exclusivo de condução de calor baseado em fônons. Enquanto monocristais podem atingir valores de condutividade térmica de até 319 W/m·K, a condutividade térmica das cerâmicas de nitreto de alumínio sinterizadas varia entre 70 e 270 W/m·K. Substratos cerâmicos de nitreto de alumínio tipicamente apresentam condutividade térmica na faixa de 170 a 190 W/m·K.
Durante a sinterização em altas temperaturas, podem ocorrer defeitos de rede e de oxigênio, afetando o desempenho térmico. Para alcançar maior condutividade térmica, é crucial minimizar a concentração de oxigênio durante o processo de sinterização. Pesquisas indicam que manter a concentração de oxigênio abaixo de 0,75% em nível atômico reduz os defeitos de rede, resultando em materiais mais densos com melhor condutividade térmica.
Comparado aos substratos de alumina tradicionais, que têm uma condutividade térmica de apenas 17–25 W/(m·K), o nitreto de alumínio oferece uma condutividade térmica significativamente maior, cerca de cinco a dez vezes maior. Embora o óxido de berílio (BeO) ofereça condutividade térmica comparável à do AlN, sua toxicidade é uma grande preocupação: a inalação de poeira de BeO pode causar pneumonia aguda ou doença pulmonar crônica por berílio. Embora o óxido de berílio (BeO) ofereça condutividade térmica comparável à do AlN, sua toxicidade é uma grande preocupação: a inalação de poeira de BeO pode causar pneumonia aguda ou doença pulmonar crônica por berílio.
As propriedades de Cerâmica de nitreto de alumínio (AlN)
Propriedades físicas
| Propriedades | Unidade | Valor |
| Densidade Sinterizada | g/cm³ | 3.33 |
| Cor | gray | |
| Absorção de água | % | 0 |
| Estrutura Cristalina | Hexagonal | |
| pH | 6.3 | |
| Dureza (@20℃) | Mohs | 7 |
| Dureza (@20℃) | Hv | 1100 – 1200 |
| Ponto de fusão | ℃ | 2200 |
Propriedades mecânicas
| Propriedades | Unidade | Valor |
| Razão de Poisson | 0.21 | |
| Resistência à flexão | MPa | 380 – 480 |
| Módulo de Elasticidade（@20℃） | GPa | 310 |
| Módulo de cisalhamento | GPa | 128 |
Propriedades térmicas
| propriedades | Unidade | Valor |
| Thermal Conductivity（@20℃） | W/m-K | 175 |
| CTE, linear (20-400°C) | 1/°C | 4.6 x 10-⁶ |
| CTE, linear (20-1000°C) | 1/°C | 5.6 x 10⁻⁶ |
| Temperatura máxima de uso | ℃ | 800 |
| Capacidade térmica específica | J/g-°C | 0.738 |
Propriedades elétricas
| propriedades | Unidade | Valor |
| Índice de Perda Dielétrica | 0.0004（ 1e+6 Hz） | |
| Rigidez dielétrica (a 1,50 mm) | kV/mm | >= 13.3 |
| Resistividade volumétrica | Ω-cm | 1.00 x 10¹³ |
| Ruptura Dielétrica | kV/mm | 16 |
| Dielectric Constant (@ 20℃) | MHz | 9 |
| Lacuna de banda | Ω-cm | 6.2 |
*Os valores representam propriedades típicas do material e podem variar dependendo da configuração do produto e do processo de fabricação,
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Aplicações de Cerâmicas de Nitreto de Alumínio
1. As cerâmicas de nitreto de alumínio (AlN) são amplamente utilizadas em circuitos integrados de grande escala, circuitos de módulos semicondutores e dispositivos de alta potência, como circuitos de módulos de potência, retificadores controlados por silício, transistores de alta potência, lasers semicondutores, circuitos integrados de alta potência, relés de estado sólido e fontes de alimentação comutadas.
Um exemplo notável são os substratos cerâmicos de nitreto de alumínio, que podem substituir substratos cerâmicos de alumina para melhorar significativamente o desempenho e a longevidade de LEDs de alta potência. Estudos mostram que essa substituição pode estender a vida útil dos LEDs em 6.000 a 7.000 horas.
2. Recipientes e cadinhos para fusão de metais e ligas.
3. Sensores ópticos.
Empresa de cerâmica de nitreto de alumínio
A YI XING WEIERT CERAMICS TECHNOLOGY CO., LTD. é uma fabricante profissional especializada em usinagem CNC de componentes cerâmicos de AlN. Se você deseja adquirir cadinhos de AlN ou componentes cerâmicos de AlN personalizados, entre em contato conosco. Nossos especialistas estão sempre prontos para atendê-lo.
