燒結用氮化矽粉的介紹

氮化矽常見有兩種晶型,α相與 β相。α-Si3N4是低溫結晶相,β-Si3N4是高溫結晶相。

高溫下,α-Si3N4無法穩定存在,易轉換成β-Si3N4,此相變是不可逆的。也就是說,降溫後,β-Si3N4不會變回α-Si3N4。

氮化矽陶瓷的燒結生產技術,主要是反應燒結法、熱壓燒結法和常壓燒結法、氣壓燒結法等方式。

若要製成導熱用的氮化矽陶瓷,其燒結後的結晶相要以β-Si3N4為主,這樣才會有較高的導熱係數。

氮化矽陶瓷燒結相當困難(需要很高溫,甚至要高壓),加上氮化矽在1800度C以上易分解,因此廠商多是採用添加助燒結劑的方式,增加氮化矽燒結驅動力,以期降低溫度燒結。

奈米Y2O3與MgO粉是常見的助燒結劑。而Y2O3與MgO都易與CO2與水反應成碳酸鹽類,奈米粉反應更是嚴重,因此在選用Y2O3與MgO時須格外注意,不然燒製的氮化矽陶瓷除了品質不穩定外,會有色不均的問題。

要燒製Si3N4陶瓷,可採用α-Si3N4或β-Si3N4粉做起始原料。而採用α-Si3N4做原料,因會經過α-Si3N4轉換成β-Si3N4的過程,會促進氮化矽陶瓷燒結(可降低溫度燒結)。因此若要燒製Si3N4陶瓷,選用α-Si3N4粉為優先。

選用Si3N4粉還需注意Ti的含量,因為在燒結氮化過程,若產生的TiN,會降低Si3N4陶瓷的絕緣阻抗。