Comparaison des propriétés des céramiques de nitrure d'aluminium et des céramiques de carbure de silicium

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Céramiques à base de nitrure d'aluminium (AlN) et le carbure de silicium (SiC) sont des matériaux céramiques techniques de haute performance largement utilisés dans des domaines tels que l'électronique, les semi-conducteurs et les machines. Ils présentent tous des avantages en termes de conductivité thermique, de dureté, de propriétés électriques et de stabilité chimique, et conviennent à différents scénarios d'application.

1、 Propriétés thermiques
-Conductivité thermique :
-Les céramiques de nitrure d'aluminium ont une conductivité thermique élevée, allant jusqu'à 170-260 W/m - K. Cette caractéristique leur permet de bien gérer la dissipation de la chaleur dans les appareils électroniques de grande puissance.
-Les céramiques de carbure de silicium : Le carbure de silicium monocristallin a une conductivité thermique élevée, atteignant 120-150 W/m - K, mais sous forme polycristalline, sa conductivité thermique diminue de manière significative.
-Coefficient de dilatation thermique :
-Céramiques à base de nitrure d'aluminium : Le coefficient de dilatation thermique est de 4,5 × 10 -⁶/℃, ce qui est similaire à celui du silicium (3,5-4 × 10 -⁶/℃), ce qui lui permet de réduire les contraintes thermiques dans les emballages de semi-conducteurs.
-Les céramiques de carbure de silicium : ont un coefficient de dilatation thermique relativement élevé et une mauvaise compatibilité avec le silicium.

2、 Performance mécanique
-Dureté :
-Céramique de nitrure d'aluminium : La dureté de Mohs est de 7-8, ce qui est relativement élevé mais inférieur à celle du carbure de silicium.
-Céramique de carbure de silicium : La dureté Mohs est de 9,2-9,3, la deuxième après le diamant et le nitrure de bore cubique, et la résistance à l'usure est extrêmement forte.
-Intensité :
-Céramique de nitrure d'aluminium : avec une résistance à la flexion de 470 MPa et une résistance à la compression de 2100 MPa, elle présente une résistance mécanique élevée.
-Céramiques en carbure de silicium : Leur résistance à la flexion et à la compression est généralement supérieure à celle des céramiques de nitrure d'aluminium.

3、 Performance électrique
-Constante diélectrique :
-Céramiques à base de nitrure d'aluminium : avec une constante diélectrique de 8,38 et une faible perte diélectrique, elles conviennent aux applications à haute fréquence.
-Céramiques de carbure de silicium : constante diélectrique jusqu'à 40, ne convient pas aux applications à haute fréquence.
-Performance d'isolation :
-Céramiques à base de nitrure d'aluminium : elles présentent d'excellentes propriétés d'isolation électrique, avec une résistivité volumique de 2,75 × 10 ¹⁴Ω- cm, et peuvent maintenir des performances d'isolation stables dans des environnements à haute température et à forte humidité.
Les céramiques à base de carbure de silicium ont des propriétés semi-conductrices et ne conviennent pas comme matériaux d'isolation.

4、 Stabilité chimique
-Résistance à la corrosion :
-Les céramiques à base de nitrure d'aluminium présentent une excellente résistance à la corrosion dans la plupart des solutions acido-basiques et des gaz chimiques.
-Céramiques de carbure de silicium : elles présentent une grande stabilité chimique, mais leur résistance à certains acides et bases forts n'est pas aussi bonne que celle du nitrure d'aluminium.

5、 Scénarios d'application
-Céramiques à base de nitrure d'aluminium :
-Convient aux substrats de dissipation thermique des appareils électroniques de grande puissance.
-Couramment utilisés dans l'emballage des semi-conducteurs, les dispositifs optoélectroniques, les circuits à haute fréquence et d'autres domaines.
En raison de son coefficient de dilatation thermique identique à celui du silicium, il est largement utilisé dans la fabrication des semi-conducteurs.
-Céramiques en carbure de silicium :
-Convient aux environnements très résistants à l'usure, tels que les outils de coupe, les outils de meulage et les composants mécaniques.
-Grâce à sa conductivité thermique élevée, il peut être utilisé comme dissipateur thermique pour les appareils électroniques.
-Excellente performance dans les environnements à haute température, couramment utilisée dans les revêtements de barrière thermique et les composants structurels à haute température.

Les céramiques de nitrure d'aluminium et les céramiques de carbure de silicium ont chacune leurs propres avantages, et le choix du matériau dépend des exigences spécifiques de l'application.
-Si une conductivité thermique élevée, une faible constante diélectrique et de bonnes performances d'isolation sont nécessaires, les céramiques de nitrure d'aluminium constituent un meilleur choix.
-Si une dureté élevée, une grande résistance à l'usure et une conductivité thermique élevée sont requises, les céramiques de carbure de silicium sont plus appropriées.

Dans les applications pratiques, il est nécessaire d'équilibrer les performances globales et le coût des matériaux pour obtenir le meilleur effet d'utilisation.