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特恩志氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷的熱傳導(dǎo)性能
特恩志氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷的熱傳導(dǎo)性能是由這些結(jié)構(gòu)陶瓷材料熱導(dǎo)率決定的。
特恩志氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料熱導(dǎo)率又與這些結(jié)構(gòu)陶瓷材料的密度、組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、燒結(jié)工藝等因素有關(guān)。在一定范圍內(nèi)，通過特定方法增加這些氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)，將會提高其熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射的能力，制備得到具有對熱能強(qiáng)吸收、高存儲、強(qiáng)散熱及高導(dǎo)熱系數(shù)的陶瓷材料，進(jìn)一步拓展氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的應(yīng)用領(lǐng)域。我們簡要介紹特恩志氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料熱導(dǎo)率的影響因素及提高熱導(dǎo)率方法。
一、特恩志氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料熱導(dǎo)率影響因素
1、氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)
氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)是影響其導(dǎo)熱系數(shù)的重要因素。其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)對氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)的影響主要是由材料的聲子導(dǎo)熱機(jī)理決定的。為了增加氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的導(dǎo)熱性，可以向這些材料材料內(nèi)部引入一些能夠提高其導(dǎo)熱性的物料�？紤]到這些材料在陶瓷制備過程中可能與原有物質(zhì)發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)而對陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，以及由于這些物料的加入有可能引起的陶瓷內(nèi)部缺陷的出現(xiàn)。因此，對添加其它相的陶瓷的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行討論是十分必要的。氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷的導(dǎo)熱系數(shù)在很大程度上取決于填充劑的導(dǎo)熱性能以及其在陶瓷制備過程中形成的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
例如，在多孔陶瓷中，沿氣孔表面分布的雜質(zhì)，如雜質(zhì)原子、晶格缺陷等，會隨著陶瓷內(nèi)部熱量的釋放，從氣孔的熱端遷移到冷端，并且在氣孔表面析出。這個(gè)過程將對陶瓷材料的熱吸收過程產(chǎn)生重大影響，從而進(jìn)一步影響高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的熱傳遞性能。
2、氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的化學(xué)組成成份
一般陶瓷的導(dǎo)熱系數(shù)是（0.02～1.5）W/（m·K）。但實(shí)際應(yīng)用中，低導(dǎo)熱系數(shù)的陶瓷材料遠(yuǎn)不能滿足節(jié)能、高效及特殊性能的需求。那么組分摻雜是提高氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料導(dǎo)熱系數(shù)的一種重要方法。按摻雜組分性質(zhì)的不同可以分為兩種：添加金屬材料或添加非金屬材料。
在電子封裝材料應(yīng)用領(lǐng)域，通過氮化鋁陶瓷復(fù)合粉體制備氮化鋁（AlN）為主的特種陶瓷，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到210W/(m.k)，是氧化鋁陶瓷導(dǎo)熱效率的5-8倍，能耐2200℃以上的高溫。氮化鋁陶瓷具有熱導(dǎo)率高、機(jī)械性能穩(wěn)定強(qiáng)和優(yōu)秀的電氣絕緣性能，以及極高的絕緣電阻和低的介質(zhì)損耗，是新一代大規(guī)模集成電路和功率電子產(chǎn)品的理想導(dǎo)熱陶瓷材料。
3、氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的燒結(jié)工藝
在氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷制造工藝過程中，燒結(jié)是最重要的工序之一，影響坯體的一系列物理化學(xué)變化，并影響成品的顯微結(jié)構(gòu)和礦物組成。燒結(jié)過程中，氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷組成成分的不同將發(fā)生不同的變化。燒結(jié)過程中溫度的高低、時(shí)間的長短、升降溫速度、最高燒成溫度以及保溫時(shí)間都會影響氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
4、氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷原料粉體顆粒尺寸
氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷原料粉體的粒度、純度、物相會對陶瓷材料的熱導(dǎo)率、力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響。比如，顆粒尺寸越大時(shí)，陶瓷的致密化過程延遲會越明顯，在陶瓷的制備過程中，陶瓷內(nèi)部不可避免地會出現(xiàn)氣孔，一般氣孔越多，陶瓷材料的熱傳導(dǎo)性能相應(yīng)會提高。
當(dāng)氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷粉體顆粒尺寸下降至納米級別時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)將隨之降低。納米微粒的表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)改變了材料本身的性質(zhì)。晶粒尺寸減小、分布變窄，晶界與氣孔的分離區(qū)減小以及燒結(jié)溫度的降低使得燒結(jié)過程中不易出現(xiàn)晶粒的異常生長，陶瓷體晶粒分布均勻。因此，當(dāng)粉體顆粒尺寸較小時(shí)，氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷的導(dǎo)熱系數(shù)將隨著顆粒尺寸下降而減小。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，適當(dāng)控制原料粉體顆粒尺寸，能夠改善氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的熱傳性能。
5、氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的氣孔
在氣孔率相同的條件下，氣孔尺寸越大，導(dǎo)熱系數(shù)越大�；ハ噙B通型的氣孔比封閉型氣孔的導(dǎo)熱系數(shù)高。封閉氣孔率越高，則導(dǎo)熱系數(shù)越低。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是：氣孔的尺寸越大，氣孔內(nèi)氣體對流和孔壁之間的輻射傳熱就會越大。這與材料的密度對導(dǎo)熱系數(shù)的影響剛好相反。雖然如此，統(tǒng)籌兩種方法的效果后，可以同時(shí)采取兩種措施來改進(jìn)材料的導(dǎo)熱系數(shù)。在對多孔陶瓷的研究中，人們還得出：當(dāng)氣孔尺寸小于4μm時(shí)，材料內(nèi)部的對流傳熱可以忽略。
此外，在多孔陶瓷中，對流、輻射、熱傳導(dǎo)等熱量傳遞方式都存在。因此，在對陶瓷的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)綜合考慮氣孔的孔徑大小、分布情況和連通方式。
二、氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料熱導(dǎo)率的提高方法
氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料熱導(dǎo)率的提高方法主要有組分摻雜、控制原料粉體尺寸和改善陶瓷材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)的提高是多種變量綜合作用的結(jié)果。
1、氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料組分摻雜
為了提高氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)，則需要提高陶瓷材料的純度，盡量不添加或少添加外加劑，但為了提高材料的密度和控制晶粒大小，添加一定量的外加劑還是必要的，還可以適量摻雜一些具有高導(dǎo)熱系數(shù)的非金屬（Al2O3、Fe2O3等）、金屬（如Cu等）以及在陶瓷表面負(fù)載特定有機(jī)物形成高導(dǎo)熱復(fù)合材料。
中科學(xué)院上海硅酸鹽所通過組分摻雜，開發(fā)的高熱導(dǎo)率低溫共燒陶瓷材料具有較高的熱導(dǎo)率（18.8 W/m∙K），是現(xiàn)有商業(yè)化應(yīng)用中的LTCC基板材料熱導(dǎo)率的4倍。除此之外，本材料還繼承了LTCC材料的所有優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)低溫下的致密燒結(jié)（850oC）。在材料組成和結(jié)構(gòu)上可靈活設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)無源元件集成和熱、電分離管理。另外，該材料還具有和硅材料相匹配的熱膨脹系數(shù)（4.4），低的介電常數(shù)（6.5）和介電損耗（0.0016），硬度小易切割，適合于電子元器件、功能模塊等的封裝基板應(yīng)用需求。
2、控制顆粒尺寸
當(dāng)原料顆粒尺寸下降至納米級別時(shí)，氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)降低，適當(dāng)控制顆粒尺寸可使其導(dǎo)熱系數(shù)顯著增加。此外提高氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的密度，減少氣孔和玻璃相，使其盡量接近理論密度，也可提高氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
3、改善陶瓷材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)
氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)對其導(dǎo)熱系數(shù)的影響較復(fù)雜，內(nèi)部熱傳遞方式根據(jù)不同情況有多種，例如氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的互相連通型的氣孔比封閉型氣孔的導(dǎo)熱系數(shù)高。封閉氣孔率越高，則導(dǎo)熱系數(shù)越低。其他組分的添加有可能在陶瓷的燒成過程中改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響陶瓷性能。在某種情況下，選擇采取措施改變陶瓷的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以滿足特定的功能需要。氣孔的連通方式、原料顆粒尺寸的大小、如微裂紋等內(nèi)部缺陷的出現(xiàn)都將會對材料的導(dǎo)熱系數(shù)有重大影響。
內(nèi)部缺陷和顯微結(jié)構(gòu)對氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)的影響主要是由材料的聲子導(dǎo)熱機(jī)理決定的。各類缺陷都是引起聲子散射的中心，這些缺陷都會減小聲子平均自由程和導(dǎo)熱系數(shù)。氮化硅陶瓷的傳熱機(jī)制為聲子傳熱，當(dāng)晶格完整無缺陷時(shí)，聲子的平均自由程越大，熱導(dǎo)率越高，而晶格中的氧往往伴隨著空位、位錯等結(jié)構(gòu)缺陷，顯著地降低了聲子的平均自由程，導(dǎo)致熱導(dǎo)率降低，因此降低晶格氧含量是提高氮化硅熱導(dǎo)率的關(guān)鍵。
氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋁高溫特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷材料傳熱性能對其拓展應(yīng)用領(lǐng)域具有極其重要的影響，在一定范圍內(nèi)，通過特定方法增加陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)，將會提高其熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射的能力，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。高導(dǎo)熱系數(shù)陶瓷材料主要以氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等為主，如聚晶金剛石陶瓷、AlN、BeO、Si3N4、SiC等陶瓷材料。
【特恩志16年專注于氧化鋁、氧化鋯等特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷的制造、研發(fā)。
特恩志主要采用干壓、等靜壓、熱壓等成型方式，1600-1700℃高溫?zé)Y(jié)工藝，專業(yè)制造特種工業(yè)陶瓷制品。
1、氧化鋁陶瓷：三氧化二鋁陶瓷、氧化鋁陶瓷產(chǎn)品、氧化鋁陶瓷件、氧化鋁特種陶瓷、特種剛玉陶瓷、耐高溫結(jié)構(gòu)陶瓷件、特種陶瓷制品、紅色氧化鋁陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷、先進(jìn)氧化鋁陶瓷、高純氧化鋁陶瓷、耐酸工業(yè)陶瓷、氧化鋁異形件、氧化鋁耐高溫材料、高韌性陶瓷、高性能工程陶瓷；
2、氧化鋯陶瓷：氧化鋯陶瓷、氧化鋯陶瓷管、氧化鋯陶瓷板、氧化鋯陶瓷棒、氧化鋯陶瓷柱塞、氧化鋯陶瓷軸套、氧化鋯陶瓷片；
3、支持特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷（鈦酸鋁、鉻酸鑭、碳化硅）特殊性能的研發(fā)和定制；
4、特種工業(yè)結(jié)構(gòu)陶瓷制品（陶瓷板、陶瓷管、陶瓷片、陶瓷環(huán)、陶瓷棒、陶瓷塊、陶瓷零配件、陶瓷密封件、陶瓷柱塞軸套等）的深度加工（內(nèi)外圓和平面精磨拋光、開槽、打孔、螺紋、精雕等，產(chǎn)品尺寸公差控制可達(dá)±0.01，光潔度可至0.2）。】
無錫市特恩志新材料有限公司
WUXI TRENDS NEW MATERIAL Co.,LTD.
聯(lián)系人：王先生
工廠地址：江蘇省宜興市丁蜀鎮(zhèn)查林工業(yè)園通蠡西路22號（寶陽路交叉口西50米）
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