AlN是一种六角纤锌矿结构的共价键难熔化合物,其基本结构单位为[AlN4]四面体,每个Al原子四周被4个N原子所包围,沿C轴方向的Al-N键长为0.1917nm,其余三个方向的键长为0.1885nm。AlN的理论密度为3.26g/cm3,莫氏硬度为7~8,晶格常数a=0.31nm,c=0.498nm,综合性能优良。
由表1可见,AlN具有良好的热、电和机械性能,其热导率高、热膨胀系数低且与硅相匹配、绝缘性能和介电特性良好,高温下材料强度大,环保无毒、化学稳定性良好,在电力电子、航空航天、事、汽车和机车、通讯以及其它工业领域均具有广泛的应用前景。主要应用方向如下:
1.基板材料和电子封装材料
AlN陶瓷具有优异的导热性能,热胀系数接近硅且无毒,被视为新一代电子封装材料,非常适合于混合功率开关的封装以及微波真空管封装壳体材料,同时也是大规模集成电路基片的理想材料,这也是AlN陶瓷的主要用途。
2.高温耐腐蚀、耐热冲击和热交换材料
AlN材料耐高温,在非氧化气氛下,直到2000℃,仍保持稳定的性能,是一种良好的高温耐腐蚀材料和高级耐火材料,如高温容器的防腐蚀涂层、炉衬、坩埚、浇 注模具以及烧结用具等;AlN陶瓷热导率高、热膨胀系数低,可用作理想的耐热冲和热交换材料,如燃气轮机的热交换器。
3.薄膜材料和光学功能材料
AlN具有诸多优异性能,带隙宽、极化强,禁带宽度为6.2eV,在机械、微电子、光学以及声表面波器件(SAW)制造、 高频宽带通信和功率半导体器件等领域有着非常广 阔的应用前景,如压电薄膜、发光薄膜。另外,高纯度的AlN陶瓷成透明状,可用作电子光学器件,利用其优良的光学性能,可制作红外导流罩、雷达透过材料以及传感器等。
4.复合材料
为了充分利用AlN材料的优点, 有效抑制其不利因素,通过AlN与其它材料的复合,可进一步拓宽其它方面的应用。例如,AlN/BN复合材料介电常数低、导热能力好,适合用作微波材料,同时材料的可加工性良好,适合制备导热性能良好的可加工陶瓷;AlN/TiN复合材料的硬度和强度都很高,适合用作刀具材料。
5.其它应用材料
如填料(将AlN粉末添加到钢铁、橡胶和塑料中,可以大大提高这些材料的热导率)、耐磨材料(AlN 还具有优良的耐磨耗性质,可用作研磨材料和耐磨损零件)和材料等。此外,AlN还可用于药品、化妆品、日用品等方面。
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