氮化鋁燒結常見問題與解決方法

氮化鋁是導熱值相當高的絕緣材料 ,但是它的燒結溫度很高,不易燒結 ,而且容易水解,讓許多廠商相當困擾。

以下簡述氮化鋁燒結常見問題與解決方法:

(1)燒結不緻密:純的氮化鋁燒結溫度超過2000度C,若要在較低溫燒結,會在氮化鋁中添加助燒  結劑(氧化釔),讓燒結溫度降到1700-1800度C。助燒結劑氧化釔對氮化鋁的燒結有著關鍵性的影響。氧化釔添加量多,會讓氮化鋁較容易燒結緻密,但是會降低導熱值。因此如何讓最少的氧化釔添加,就可以達到低溫燒結緻密的效果,是燒結廠相當關鍵的製程。

當發現氮化鋁燒結不緻密時,首要任務就是確認氧化釔的狀況。確認氧化釔粒徑是否合適 ?氧化釔是否均勻分散在氮化鋁中?另外,氧化釔容易吸收二氧化碳變成碳酸鹽類(嚴重時,顏色會變粉紅色),一旦變成碳酸鹽類,就會造成氮化鋁與氧化釔的配比差異,讓量產品質不穩定,所以氧化釔從生產到保存都要格外留意。

(2)燒結體顏色不均:這問題常發生在使用鋁粉氮化的粉體上。鋁粉在氮化過程,因為有三個不同途徑:(第一種)先形成氫氧化鋁,再形成氧化鋁,再氮化成氮化鋁,(第二種)先形成氧化鋁,再氮化成氮化鋁,(第三種)直接氮化成氮化鋁。這三種不同路徑得到的氮化鋁結晶面不同,也讓氮化鋁形成不同的顏色。這現象在氮化鋁粉合成時若已發生,這樣的粉去燒結就會造成燒結體顏色不均的問題。因此氮化鋁粉的廠商,需要控制好鋁粉的氮化途徑。此外,燒結的氣氛控制與溫度會讓氮化鋁結晶面再次改變,若燒結條件控制不當,也會造成燒結體顏色不均的問題。因此,要讓燒結體顏色均勻,要掌握氮化鋁粉的狀況與燒結製程。另外,金屬氧化物在缺氧氣氛下,金屬很容易被還原出來,造成顏色變異或降低絕緣性。石墨爐壁若有氧化現象、孔隙或是燒結時含有碳元素,也會影響燒結體顏色。氧化釔的純度、分布均勻性與碳酸化與否,都會影響顏色。

(3)燒結體強度不足:這問題可能是燒結不緻密,或是氮化鋁晶粒過大導致。燒結不緻密的解決,請參考第一點。氮化鋁晶粒過大要從兩個方向著手 : 選擇氮化鋁粒徑小一點的,或是降低燒結溫度或時間(避免晶粒過度成長),或是改變氧化釔的比例等。好分散的氧化釔,可以讓增加燒結體強度且批次間的強度一致。

(4)燒結體易水解:雖然燒結體表面積較分體來的小,較不易水解,但是為了品質穩定,還是盡可能進行表面抗水解處理。燒結體免不了要加工,加工品也必須注意避免產生水解問題。

(5)燒結體易沾黏 : 燒結用承載板與坩堝等,需要特別挑選。