Кремний нитриді керамикасының практикалық және теориялық жылу өткізгіштігінің арасындағы алшақтықтың себептері

Кремний нитриді (Si₃N₄) – өзіндік жылу өткізгіштігі шамамен 320 Вт/(м·К), жоғары жылу өткізгіштігі мен тамаша механикалық қасиеттері бар құрылымдық керамикалық материал. Қоршаған орта температурасындағы жоғары тұрақтылығының арқасында Si₃N₄ заманауи жартылай өткізгіш өнеркәсібі үшін кеңінен қабылданған керамикалық субстрат орау материалына айналды. Дегенмен, Si₃N₄ практикалық жылу өткізгіштігі мен оның теориялық мәні арасында айтарлықтай сәйкессіздік бар. Бұл құжат мұндай алшақтыққа жауапты негізгі факторларды зерттейді.

1 торлы оттегі

Si₃N₄ жылу өткізгіштігі негізінен фонондық беріліспен реттеледі. Торлардың кемшіліктері, соның ішінде бос орындар, қабаттасу ақаулары және түйіршік аралық қоспалар фонондардың шашырауын күшейтеді және кремний нитридінің жылу өткізгіштігін нашарлатады.

Тор оттегісі Si₃N₄ жылу өткізгіштігін өзгертетін шешуші фактор ретінде қызмет етеді. Оттегі атомдары Si₃N₄ торына енгеннен кейін кремний бос орындары пайда болып, фононның орташа бос жолын күрт қысқартады және сәйкесінше жылу өткізгіштігін төмендетеді. Si₃N₄ термиялық өнімділігін арттыру үшін шикі ұнтақтардағы оттегінің мазмұны агломерациялау белсенділігін оңтайландыру үшін азайтылуы керек, ал оттегінің қосымша ластануын болдырмау үшін ұсақ бастапқы бөлшектердің өлшемдері сақталады.

үшін кәдімгі агломерациялық қоспаларSi₃N₄торлы оттегінің тағы бір негізгі көзі болып табылады. Бұл қоспалар сұйық фаза ішінде жылу өткізгіштігі әдетте 1 Вт/(м·К) төмен түйіршік аралық қайталама фазаларды құрайды, бұл Si₃N₄ көлемді жылу өткізгіштігін нашарлатады. Қолданыстағы зерттеулер сирек жер оксиді агломерациялық қоспаларды қабылдау сирек жер элементтерінің иондық радиусы азайған сайын тордағы оттегінің мөлшерін азайтатынын растайды. Si₃N₄ керамикалық негіздердің өндіріс шығындарын азайту үшін, толық тығыздауды және қажетті дән мөлшерін қамтамасыз ету үшін төмен температурада агломерациялау жақсырақ.

Сонымен қатар, қалпына келтіретін көміртегі ұнтағын қалыпты түрде қосу екінші фазаның түзілуін басады және тордың тазалығын жақсартады; жоғары жылу өткізгіштікке қол жеткізу үшін артық бос көміртекті болдырмау керек.

2 Кремний нитридінің кристалдық құрылымы

Кремний нитриді – күшті ковалентті қосылыс, молекулалық салмағы 140,68. Оның екі кең таралған полиморфтары, α‑Si₃N₄ және β‑Si₃N₄, екеуі де алтыбұрышты кристалдық жүйеге жатады. Si₃N₄ керамика әдетте 1800 °C-тан жоғары күйде күйдірілетінін ескере отырып, β‑Si₃N₄ коммерциялық қол жетімді Si₃N₄ компоненттерінде басым кристалдық фазаны құрайды.

(1) β‑Si₃N₄ астық өсімінің қозғаушы күші

α‑-дан‑β фазасына ауысу кезінде өзгермеген α‑Si₃N₄ қалған қалдық жылу өткізгіштікке айқын теріс әсер етеді. Демек, α‑Si₃N₄-дан β‑Si₃N₄-ге толық фазалық түрлендіру жылу өткізгіштігін жақсарту үшін β‑Si₃N₄ дәндерінің нуклеациялануын және өсуін жеңілдету үшін маңызды.

(2) Өскен β‑Si₃N₄ дәндерінің морфологиясы

Жылу өткізгіштік β‑Si₃N₄ түйір өлшемі ұлғаюымен айтарлықтай артады және ұзартылған күйдіру ұзақтығы жылу беру мүмкіндігін одан әрі арттырады. Дегенмен, дәндер сыни өлшемнен асып кеткенде, астықтың қосымша іріленуі термиялық өнімділіктің шамалы жақсаруына әкеледі.

3 Салыстырмалы тығыздық

Салыстырмалы тығыздық Si₃N₄ жылу өткізгіштікке айтарлықтай әсер етеді. Кеуектіліктің жоғары болуы жылу өткізгіштіктің айқын төмендеуіне әкеледі. Жалпы алғанда, жоғары жылу өткізгіштігі бар Si₃N₄ керамика жоғары көлемдік тығыздыққа және жылу диффузиялық қасиетіне ие, ал сирек жер оксидтері толығымен тығыз кремний нитридін өндіруді жеңілдетеді. Сұйық фазалы агломерация кремний нитриді керамикасының тығыздалуын жүзеге асыру үшін міндетті болып табылады және Si₃N₄ соңғы тығыздығы агломерациялаудың әртүрлі параметрлері мен өңдеу әдістерінде өзгереді. Осы себепті жоғары жылу өткізгіш Si₃N₄ керамика өндіру үшін сәйкес агломерациялау әдістерін таңдау өте маңызды.

Semicorex жоғары сапаны ұсынадыsиликон нитриді пластинасыsтермиялық тотығу процестері үшін. Егер сізде қандай да бір сұрақтар болса немесе қосымша мәліметтер қажет болса, бізбен байланысудан тартынбаңыз.

Байланыс телефоны +86-13567891907

Электрондық пошта: sales@semicorex.com