Vergleich der Eigenschaften von Aluminiumnitrid-Keramik und Siliziumkarbid-Keramik

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Aluminiumnitrid-Keramik (AlN) und Siliziumkarbidkeramik (SiC) sind technische Hochleistungskeramiken, die in Bereichen wie Elektronik, Halbleiter und Maschinenbau weit verbreitet sind. Sie haben jeweils Vorteile in Bezug auf Wärmeleitfähigkeit, Härte, elektrische Eigenschaften und chemische Stabilität und eignen sich für unterschiedliche Anwendungsszenarien.

1、 Thermische Eigenschaften
-Wärmeleitfähigkeit:
-Aluminiumnitridkeramik: hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit mit einer Wärmeleitfähigkeit von bis zu 170-260 W/m - K. Aufgrund dieser Eigenschaft eignet sie sich gut für das Wärmeableitungsmanagement von elektronischen Hochleistungsgeräten.
Siliziumkarbid-Keramik: Einkristallines Siliziumkarbid hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit, die 120-150 W/m - K erreicht, aber in polykristalliner Form nimmt die Wärmeleitfähigkeit deutlich ab.
-Wärmeausdehnungskoeffizient:
-Aluminiumnitrid-Keramik: Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist mit 4,5 × 10 -⁶/℃ ähnlich hoch wie der von Silizium (3,5-4 × 10 -⁶/℃), wodurch sich die thermische Belastung in Halbleitergehäusen verringern lässt.
-Siliziumkarbidkeramik: Sie hat einen relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und verträgt sich schlecht mit Silizium.

2、 Mechanische Leistung
-Härte:
-Aluminiumnitrid-Keramik: Die Mohs-Härte ist mit 7-8 relativ hoch, aber niedriger als die von Siliziumkarbid.
Siliziumkarbid-Keramik: Die Mohs-Härte liegt zwischen 9,2 und 9,3 und ist damit nach Diamant und kubischem Bornitrid die zweithärteste und extrem verschleißfest.
-Intensität:
Aluminiumnitrid-Keramik: Mit einer Biegefestigkeit von 470 MPa und einer Druckfestigkeit von 2100 MPa weist sie eine hohe mechanische Festigkeit auf.
Siliziumkarbid-Keramik: Ihre Biegefestigkeit und Druckfestigkeit sind in der Regel höher als die von Aluminiumnitridkeramik.

3、 Elektrische Leistung
-Dielektrizitätskonstante:
-Aluminiumnitridkeramik: mit einer Dielektrizitätskonstante von 8,38 und geringem dielektrischen Verlust, geeignet für Hochfrequenzanwendungen.
-Siliziumkarbid-Keramik: Dielektrizitätskonstante bis zu 40, nicht für Hochfrequenzanwendungen geeignet.
-Isolationsleistung:
-Aluminiumnitridkeramik: hat hervorragende elektrische Isolationseigenschaften mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 2,75 × 10 ¹⁴Ω- cm und kann auch bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit eine stabile Isolationsleistung erbringen.
-Siliziumkarbidkeramik: hat Halbleitereigenschaften und ist nicht als Isoliermaterial geeignet.

4、 Chemische Stabilität
-Korrosionsbeständigkeit:
Aluminiumnitridkeramik: hat eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber den meisten Säure-Base-Lösungen und chemischen Gasen.
-Siliziumkarbidkeramik: hat eine hohe chemische Stabilität, ist aber gegen bestimmte starke Säuren und Basen nicht so beständig wie Aluminiumnitrid.

5、 Anwendungsszenarien
-Aluminiumnitrid-Keramik:
-geeignet für Wärmeableitungssubstrate von elektronischen Hochleistungsgeräten.
-Gebräuchlich in Halbleitergehäusen, optoelektronischen Geräten, Hochfrequenzschaltungen und anderen Bereichen.
-Da sein Wärmeausdehnungskoeffizient mit dem von Silizium übereinstimmt, wird es häufig in der Halbleiterherstellung verwendet.
Siliziumkarbid-Keramik:
-Geeignet für hochverschleißfeste Umgebungen, wie z. B. Schneidwerkzeuge, Schleifwerkzeuge und mechanische Komponenten.
-Aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit kann es als Kühlkörper für elektronische Geräte verwendet werden.
-Hervorragende Leistung in Hochtemperaturumgebungen, häufig verwendet in Wärmedämmschichten und Hochtemperaturbauteilen.

Aluminiumnitridkeramik und Siliziumkarbidkeramik haben jeweils ihre eigenen Vorteile, und die Wahl des Materials hängt von den spezifischen Anwendungsanforderungen ab
-Wenn eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine niedrige Dielektrizitätskonstante und eine gute Isolierleistung erforderlich sind, sind Aluminiumnitridkeramiken die bessere Wahl.
-Wenn hohe Härte, hohe Verschleißfestigkeit und hohe Wärmeleitfähigkeit erforderlich sind, sind Siliziumkarbidkeramiken besser geeignet.

In der Praxis müssen die umfassende Leistung und die Kosten der Materialien gegeneinander abgewogen werden, um den besten Nutzungseffekt zu erzielen.