Pourquoi modifier la poudre de nitrure d'aluminium

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Nitrure d'aluminium (AlN), en tant que matériau céramique avancé émergent, a acquis la réputation de “ matériau vedette pour la conduction thermique ” dans les domaines de l'électronique, de l'optoélectronique, de l'aérospatiale, etc. en raison de son excellente conductivité thermique (valeur théorique pouvant atteindre 320 W/m · K), de son isolation électrique fiable et de son faible coefficient de dilatation thermique adapté au silicium. Cependant, de nombreux utilisateurs rencontrent souvent des problèmes tels que la difficulté de dispersion, l'hydrolyse facile et la mauvaise adhérence au substrat lorsqu'ils utilisent directement de la poudre de nitrure d'aluminium brute. La clé réside dans les défauts inhérents aux propriétés de surface de la poudre de nitrure d'aluminium non modifiée.

Question fondamentale : pourquoi la poudre “ primitive ” de nitrure d'aluminium doit-elle être modifiée ?
La surface de la poudre “ primitive ” de nitrure d'aluminium présente une polarité élevée et est riche en groupes hydroxyles d'aluminium, ce qui pose trois défis majeurs :

1. Hautement hydrolysé : La poudre de nitrure d'aluminium est extrêmement sensible aux molécules d'eau et réagit avec l'eau pour produire de l'hydroxyde d'aluminium et du gaz ammoniac. Cela modifie non seulement la composition chimique de la poudre, réduit la conductivité thermique de son corps fritté final, mais génère également des bulles pendant le traitement, ce qui entraîne l'échec de la densification du produit et des défauts.
2. Mauvaise dispersibilité : Une énergie de surface élevée peut entraîner une forte tendance à l'agglomération entre les particules de poudre, ce qui rend difficile leur dispersion uniforme dans les solvants organiques ou les résines polymères (telles que la résine époxy et le silicone). Les agrégats deviennent alors un “ obstacle ” à la conductivité thermique, limitant considérablement l'amélioration de la conductivité thermique des matériaux composites.
3. Mauvaise compatibilité avec la matrice : Il existe une différence significative entre les propriétés physiques et chimiques de la surface polaire de la poudre et celles de la matrice polymère organique non polaire, ce qui entraîne une faible adhérence interfaciale. Cela affecte non seulement la conductivité thermique, mais constitue également un maillon faible en termes de performances mécaniques, pouvant facilement entraîner des fissures et des décollements.
   Sans modification, l'excellent potentiel du nitrure d'aluminium sera considérablement réduit, voire rendu inutilisable.

Solution : Comment la modification de surface peut-elle “ transformer la pierre en or ” ?
La technologie de modification de surface est la solution fondamentale aux problèmes susmentionnés, qui consiste à recouvrir ou à greffer une couche de molécules modificatrices à la surface des particules de poudre d'aluminium nitruré par des méthodes physiques ou chimiques.
Objectif de la modification :
Améliorer la résistance à l'hydrolyse : isoler le contact direct entre la poudre et l'humidité.
Améliorer la dispersibilité : réduire l'énergie de surface, diminuer les forces interparticulaires et obtenir une dispersion stable et uniforme.
Améliorer la liaison interfaciale : créer un “ pont moléculaire ” entre la poudre et la matrice afin de renforcer l'adhérence interfaciale.
Méthodes de modification courantes :
Modification des agents de couplage : tels que les agents de couplage silane, les agents de couplage titanate, etc., est l'une des technologies les plus courantes et les plus efficaces.
Revêtement de surface : revêtement à base d'oxydes inorganiques (tels que SiO2) ou de polymères organiques.
Modification in situ : la modification de surface est effectuée directement pendant le processus de préparation de la poudre.

Avantages et applications du produit : valeur ajoutée apportée par la poudre de nitrure d'aluminium modifiée
La valeur de la poudre de nitrure d'aluminium modifiée se reflète parfaitement dans le produit final.

1. Application dans un gel à haute conductivité thermique/joint à conductivité thermique
   Problème résolu : résolution du problème difficile de sédimentation, d'agglomération et d'augmentation rapide de la viscosité de la poudre dans le système huile silicone/caoutchouc silicone.
   Avantages du produit :
   Remplissage élevé et faible viscosité : la poudre modifiée présente une bonne dispersibilité et permet d'obtenir un taux de remplissage plus élevé (>70%), tout en conservant une bonne fluidité et une bonne maniabilité du système, ce qui facilite la distribution et la production automatisée.
   Doublement de la conductivité thermique : la dispersion uniforme élimine le goulot d'étranglement de la résistance thermique, et la conductivité thermique dépasse facilement 5-15 W/m · K, dépassant de loin le système à base d'alumine.
   Bonne stabilité : évite la dégradation des performances et les risques de corrosion des appareils causés par l'hydrolyse.
2. Application dans un mastic plastique époxy à haute conductivité thermique
   Problème résolu : amélioration de la mouillabilité entre la poudre et la résine époxy, empêchant la formation de vides à l'interface.
   Avantages du produit :
   Excellente conductivité thermique et isolation : offre des voies de dissipation thermique efficaces et une protection isolante fiable pour les semi-conducteurs de puissance (tels que les IGBT) et les puces LED.
   Haute résistance et faible contrainte : la forte force d'adhérence de l'interface améliore la résistance mécanique du boîtier et réduit la contrainte interne causée par le déséquilibre de dilatation thermique, améliorant ainsi la fiabilité du dispositif.
3. Application dans les céramiques structurelles à haute température
   Problème résolu : amélioration de l'activité de frittage et réduction de la température de frittage.
   Avantages du produit :
   Haute densification : les poudres modifiées ont une bonne fluidité, une densité de remplissage élevée et sont plus faciles à fritter que les substrats céramiques ou les composants structurels proches de la densité théorique, ce qui permet d'obtenir une conductivité thermique élevée proche des valeurs théoriques.
   Performances stables : une excellente résistance à l'hydrolyse garantit la stabilité du traitement de la poudre avant le frittage, améliorant considérablement le rendement des produits finis.

Cas réel d'un client (anonyme)
Client A : Un fabricant renommé de modules de puissance a rencontré des problèmes liés à une viscosité instable et à la présence de microbulles à l'intérieur après durcissement lors de l'utilisation de nitrure d'aluminium non modifié pour préparer un mastic époxy.
Notre solution : nous fournissons un modèle spécifique de poudre de nitrure d'aluminium modifiée par un agent de couplage silane.
Effet : la poudre présente une excellente dispersibilité dans la résine époxy, avec une stabilité de viscosité accrue de plus de 50%. Après durcissement, le produit est dense et exempt de défauts, avec une augmentation de la conductivité thermique d'environ 25%. Le rendement du produit du client a été considérablement amélioré.
Client B : Une entreprise spécialisée dans les matériaux d'interface thermoconducteurs haut de gamme souhaite développer un gel thermoconducteur avec une conductivité thermique supérieure à 10 W/m · K, mais elle se heurte à un obstacle technique : l'augmentation importante de la viscosité en cas de forte concentration en poudre.
Notre solution : nous recommandons notre poudre de nitrure d'aluminium enrobée de polymère organique, qui présente une énergie de surface extrêmement faible et un excellent effet d'encombrement stérique.
Effet : le client a réussi à obtenir un volume de remplissage élevé de 78%, avec une conductivité thermique de 12,5 W/m · K, tout en conservant une bonne fluidité et de bonnes performances de construction, et a passé avec succès la certification du client final.

Brudeze Ceramics fournit et vend une large gamme de verre de quartz de haute qualité, y compris des céramiques d'alumine, des céramiques de zircone, des céramiques de nitrure de silicium, des céramiques de nitrure d'aluminium, des céramiques de carbure de silicium, des céramiques de carbure de bore, des biocéramiques, des céramiques usinables, etc. Nous pouvons répondre aux exigences de personnalisation de divers produits céramiques.