氮化铝 - 龙瓷新材料Loongceram

Aluminum Nitride

氮化铝

氮化铝 (AlN) 是一种非氧化物陶瓷材料，主要由铝和氮组成（Al-65.81%，N-34.19），化学式为 AlN。它是一种固态铝氮化物，导热系数高达 321 W，同时也是一种优异的电绝缘体。氮化铝纤锌矿相在室温下的带隙约为 6 eV。由于这些特性，这种陶瓷已被证明可用于多种应用，例如在深紫外频率下工作的光电子器件。

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优势材料等级特性加工应用成型工艺

优势

高热导率（高于170W/mK）。该值接近BeO和SiC，是氧化铝（Al2O3）的五倍以上。
其热膨胀系数为4.5*10-6℃，与硅（3.5-4*10-6℃）相同。
具有良好的透光特性
它不具备毒性。
导电性极佳。氮化铝的电性能包括其介电常数、介电损耗、体电阻率和介电强度——所有这些特性使其成为一种优异的绝缘材料。
良好的机械性能：铝的机械性能也使其在工业过程中得到广泛应用。它的抗弯强度比氧化铝 (Al2O3) 和氧化铍 (BeO) 陶瓷更高。

材料等级

PCAN1000

PCAN2000

PCAN3000

PCAN1000S Substrate

概述

PCAN1000是我们的标准高纯度氮化铝，导热系数为170 W/mK。这与我们的基板材料具有相同的热性能，但提供了长度/宽度更大、厚度高达30mm的可能性。
PCAN1000具有良好的热膨胀系数，在宽温度范围内与硅和氮化镓相匹配。

应用

大功率绝缘子
激光用元件
水冷散热器
电力电子
符合ISO9001/2015标准的航空航天、医疗和半导体元件

概述

PCAN2000是我们的增强级氮化铝之一，具有PCAN1000的所有机械性能，并具有200 W/mK热导率的增强优势。

应用

散热器
散热器
激光散热器功率整流器
航空航天、电力电子、整流器符合ISO9001/2015标准

概述

PCAN3000是我们提供的增强级氮化铝产品之一，具有PCAN1000的所有机械性能，并具有230 W/mK热导率的增强优势。

应用

散热器
散热器
激光散热器功率整流器
航空航天、电力电子、整流器符合ISO9001/2015标准

概述

PCAN1000S 170 W/mK是我们的标准高导热基材，但也可提供其他高性能等级。

应用

散热器
散热器
激光散热器功率整流器
航空航天、电力电子、整流器符合ISO9001/2015标准

材料特性

机械性能

热性能

电气性能

Property	Unit	PCAN1000	PCAN2000	PCAN3000	PCAN1000S
Density	g/cm³	3.32	3.32	3.32	3.30
Young’s Modulus	GPa	300-350	300-350	300-350	350
Fracture Toughness K_IC	MPa m^1/2	3	3	3	3
Poisson’s Ratio	–	0.22	0.22	0.22	0.22
Compressive Strength	MPa	3000	3000	3000	3000
Flexural Strength @ 25°C	MPa	350	350	350	350
Hardness	GPa	10	10	10	11

Property	Unit	PCAN1000	PCAN2000	PCAN3000	PCAN1000S
Thermal Conductivity @ 25°C	W/mK	170	200	230	170
* CTE 25°C ➞ 400°C	10^-6/K	4.5	4.5	4.5	4.6
** Max Temperature (Air)	°C	1200	1200	1200	1200
** Max Temperature (Inert)	°C	1200	1200	1200	1200

Coefficient of Thermal Expansion (CTE) describes how the size of an object changes with a change in temperature.
** Note: No Load
Note: AlN can form a surface Aluminum oxide layer. This helps to protect the material, however, it impacts the thermal conductivity (Alumina is ~30 W/mK). In oxidizing atmospheres, this layer develops around 700°C. In inert atmospheres, this layer protects the AlN up to ~1350°C. Bulk oxidation will occur at temperatures above this.

Property	Unit	PCAN1000	PCAN2000	PCAN3000	PCAN1000S
Dielectric Constant	1 MHz	8.8	8.8	8.5	8.8
Dielectric Loss	1 MHz	5×10^-4	5×10^-4	5×10^-4	5×10^-4
Dielectric Strength DC @ 25°C	kV/mm	15	15	15	14
Volume Resistivity @ 25°C	ohm-cm	>10¹³	>10¹³	>10¹³	>10¹⁴

Disclaimer: The values presented are mean and typical of those resulted from test samples. They are provided as an indication only to serve as guidance in the design of ceramic components and are not guaranteed in any way. The actual values can vary according to the shape and size of the envisioned component.

氮化铝加工

氮化铝可以在生坯、坯料或完全致密的状态下进行加工。生坯或坯料状态时，可以相对轻松地加工成复杂的几何形状。然而，为了使材料完全致密化，烧结工艺会导致氮化铝坯体收缩约 20%。这种收缩意味着在烧结前加工氮化铝时，无法保持非常严格的公差。

为了达到非常严格的公差，必须使用金刚石工具对完全烧结的材料进行加工/研磨。在此过程中，需要使用非常精密的金刚石涂层工具/砂轮来研磨材料，直至达到所需的形状。由于材料固有的韧性和硬度，这一过程可能耗时且成本高昂。

产品应用

氮化铝是为数不多的提供电绝缘和高导热性的材料之一。这使得AlN在散热器和散热器应用中的大功率电子应用中非常有用。其他常用的材料有氮化硼、Shapal Hi-M Soft、氧化铍，有时还有氧化铝。

Classified by purity

成型工艺

氮化铝（AlN）是一种主要由铝和氮（Al-65.81%，N-34.19）组成的非氧化物陶瓷材料，化学式为AlN。它是一种固体氮化铝，导热系数高达321 W，也是一种出色的电绝缘体。氮化铝纤锌矿相在室温下的带隙约为6 eV。由于这些特性，这种陶瓷已被证明适用于各种应用，例如在深紫外频率下工作的光电器件。

流延成型法+
流延成型法是一种非常重要的陶瓷基板成型工艺。将AlN粉末与复合粘结剂（由分散剂、溶剂、粘结剂和增塑剂组成）均匀混合，得到AlN浇铸浆料。经过脱气等工序后，将浆料倒入料斗中，经刮刀刮平后，在光滑的带状表面上形成一层厚度均匀、表面光滑的薄层，经干燥后制备成韧性良好的坯体；经脱脂、烧结后，得到AlN基板材料。该工艺多用于制作氮化铝陶瓷板或基板。
干压成型+
干压成型是将经表面活性剂改性预处理的AlN粉末添加到金属模具中，缓慢施加压力，使其形成致密的坯体成型工艺。其本质是依靠外界压力以及AlN粉末颗粒间的相互作用，使坯体保持一定的形状和较高的致密度。它有利于陶瓷的烧结，可以降低烧结温度，提高陶瓷的致密度。
注塑成型+
通过注射成型工艺，有效解决了氮化铝陶瓷硬度高、脆性大、加工困难的问题，成功实现了多种微型复杂形状、高导热系数氮化铝制品的精密制造，特别是对小尺寸、形状复杂的铝陶瓷零件实现了高效生产，节省了原材料和机械加工成本，提高了生产效率。