AlN 세라믹은 우수한 절연성, 높은 열전도도, 우수한 고온 저항성, 내식성, 그리고 실리콘과 동등한 열팽창 계수를 나타내어 차세대 대형 집적 회로, 반도체 모듈 회로 및 고전력 소자의 방열 및 패키징에 이상적인 소재입니다. 그러나, AlN 분말—생산을 위한 원료 고온 AlN 세라믹—가수분해에 매우 취약합니다. 이는 운송 및 보관을 복잡하게 만들 뿐만 아니라, 더 중요한 것은 가수분해 후 질소 함량을 감소시켜 최종 AlN 세라믹의 성능을 크게 저하시킨다는 것입니다. 또한, AlN 분말의 가수분해 불안정성은 수성 성형 공정 개발을 저해합니다. 산업용 AlN 세라믹 제품.
따라서 AlN 분말의 가수분해 민감성은 광범위한 적용에 있어 주요 장애물이 되어 왔습니다. 이 문제를 극복하고 분말의 가수분해 저항성을 향상시켜 수성 습식 성형에 적합하도록 만드는 것이 최근 AlN 세라믹 분야의 핵심 연구 주제로 자리 잡았습니다.
가수분해 메커니즘
AlN 분말 가수분해의 조건과 생성물은 연구마다 약간씩 다릅니다. 일부 연구자들은 분말이 먼저 물과 반응하여 비정질 AlOOH와 암모니아 기체를 형성한다고 제안합니다. 그 후 암모니아가 물과 반응하여 OH⁻를 생성하여 용액의 pH를 증가시킵니다. 특정 온도 및 산성 조건에서 AlOOH는 물과 추가로 반응하여 Al(OH)₃를 형성합니다.
AlN이 가수분해되었는지 확인하는 방법은?
가수분해는 암모니아 가스를 생성하는데, 이 가스는 물 속에서 NH₄⁺와 OH⁻로 이온화되고, 용액의 pH가 변하므로 pH는 가수분해 정도를 나타내는 주요 지표입니다.
또한, XRD는 가수분해 전후의 상 분석에 사용되어 새로운 상을 정성적으로 식별하고 가수분해 생성물/정도를 평가할 수 있습니다. SEM은 AlN 입자의 형태학적 변화를 보여 가수분해 진행에 대한 정성적인 통찰력을 제공합니다. TEM은 형태 분석 외에도 가수분해 생성물의 결정 구조를 검사할 수 있습니다. 가수분해는 암모니아 방출을 통해 AlN 분말을 소모하기 때문에, 가수분해 전후 분말의 질량 손실을 측정하는 것이 또 다른 중요한 지표입니다.
AlN 가수분해를 완화하는 방법은?
가수분해 억제에는 일반적으로 화학적 결합이나 물리적 흡착을 통해 AlN 입자에 보호층을 코팅하여 물로부터 분리하는 과정이 포함됩니다.
주요 방법은 다음과 같습니다.
1. AlN 표면 개질——표면 화학 개질
이 접근 방식은 화학 반응을 일으킵니다 AlN 입자 개질제를 첨가하여 수동화 층을 형성하고 표면 특성을 향상시킵니다.
기술에는 다음이 포함됩니다.
① 커플링제 개질
②그래프트 공중합 변형
③표면 산화 개질
④계면활성제 개질
2. AlN 표면 처리——표면 물리적 코팅 처리
(1) 액상코팅
AlN 분말 현탁액에 개질제를 첨가하여 기계적 교반을 통해 코팅을 형성합니다. 코팅은 화학 반응 없이 흡착 또는 반데르발스 힘에 의해 접착됩니다.
(2) 기상증착코팅
재료(예: SiO)의 승화 현상을 활용하여 AlN 입자 위에 증착시켜 가수분해 저항성을 향상시킵니다. 예를 들어, SiO 분말은 AlN 분말, 탄소 펠트, 흑연판이 들어 있는 Al₂O₃ 도가니에서 승화되어 보호층을 형성합니다.
또는 강산성 개질제를 기계적 볼 밀링을 통해 AlN 분말에 혼합할 수 있습니다. 이 방법은 고온을 피하고, 재현성이 우수하며, 가수분해 저항성을 크게 향상시키고, 물에서의 분산성과 안정성을 개선하여 고형분 함량의 AlN 세라믹 슬러리를 제조하는 데 유용합니다.
요약
모든 방법이 AlN 분말의 가수분해 저항성을 개선하지만, 각 방법에는 한계가 있습니다.
예를 들어:
세라믹 등급 AlN 분말은 고순도가 요구됩니다. 실리콘 기반 코팅(예: 실란)은 소결 과정에서 불순물을 생성하여 열전도도를 저하시킬 수 있습니다. 이 경우 유기산이나 열산화가 바람직합니다.
열 인터페이스 재료(TIM)는 높은 충전재 적재 및 균일성을 위해 실리콘 오일/겔과의 호환성을 요구합니다.실란 기반 처리가 더 적합합니다.
여러 가지 수정 방법을 결합하면 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다.
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