Alyuminiy nitridi (AlN) juda yuqori nazariy issiqlik o'tkazuvchanligiga (~ 320 Vt / (m · K)), mukammal elektr izolyatsiyasiga, past dielektrik yo'qotishga va yarimo'tkazgich materiallariga mos keladigan issiqlik kengayish koeffitsientiga ega. Yuqori-kuchli chipli qadoqlash substratlari uchun ideal material, issiqlik o'tkazuvchan yog'lar va jellardagi asosiy funktsional plomba yoki og'ir muhitda ishlaydigan nozik keramika komponentlari bo'lsin, AlN ishlash chegaralarini oshirishda davom etadi. Biroq, AlN kukuni gidrolizga juda sezgir bo'lib, kislorod-tarkibida aralashmalar (masalan, -AlOOH, Al(OH)₃, -Al₂O₃) hosil qiladi, bu esa kukun tozaligini sezilarli darajada kamaytiradi va yakuniy mahsulotlarning issiqlik o'tkazuvchanligini pasaytiradi. Eng muhimi, gidroliz mahsulotlari AlN keramika uchun suvga asoslangan shakllanish jarayonlarini ishlab chiqish va qo'llashga bevosita to'sqinlik qiladi (masalan, lenta quyish, jel quyish). Shu sababli, AlN ni qoʻllash stsenariylari kengaygani sari-ayniqsa, yuqori namlikli muhitlar va suvli tizimlar bilan aloqaga boʻlgan ehtiyojning ortib borishi-AlN kukunining gidrolizga qarshi barqarorligini oshirish uning ajoyib xususiyatlarini ishonchli amalga oshirishni taʼminlash uchun asosiy texnik muammoga aylandi.
Alyuminiy nitridining gidroliz mexanizmi
Joriy ishlab chiqarish jarayonlari va atrof-muhit sezgirligi bilan cheklangan, yuqori tozalikdagi AlN kukunini sanoat ishlab chiqarish qiyin bo'lib qolmoqda. Birinchidan, AlN suv bilan aloqa qilganda, suv molekulalarining gidroksil guruhlari (-OH) AlN tarkibidagi azot (N) va alyuminiy (Al) bilan o'zaro ta'sirlashib, kristall tuzilishini buzadi va amorf oraliq mahsulotlar (AlOOH) va NH₃ hosil qiladi. Chiqarilgan NH₃ keyinchalik ammoniy (NH₄⁺) va gidroksid ionlarini (OH⁻) hosil qilish uchun suv bilan reaksiyaga kirishadi va ekzotermik tabiat tizimning harorati va ishqoriyligini (pH > 9) ko'tarib, keyingi reaktsiyalarni osonlashtiradi. Muayyan harorat va ishqoriy sharoitda amorf AlOOH suv bilan reaksiyaga kirishib, Al(OH)₃ hosil qiladi. Oxir-oqibat, AlN butunlay Al(OH)₃ va NH₃ ga gidrolizlanadi.
Shunisi e'tiborga loyiqki, bu gidroliz jarayoni AlN kukuni va suyuq suv o'rtasidagi bevosita aloqa bilan cheklanmaydi. Havoga ta'sir qilish, shuningdek, atmosfera namligini adsorbsiyalash orqali gidrolizga olib kelishi mumkin. Bundan tashqari, AlN zarralari yuzasidagi nuqsonlar yoki boshqa aralashmalarning mavjudligi gidroliz reaktsiyasini sezilarli darajada katalizlaydi. Shu sababli, chang yuzasining suvga nisbatan kimyoviy faolligini kamaytirish uchun sirt modifikatsiyasi talab qilinadi.
Alyuminiy nitridi uchun gidrolizga qarshi modifikatsiyalash texnologiyalari
AlN gidroliz muammosini hal qilish uchun ikkita asosiy modifikatsiya strategiyasi mavjud: termal ishlov berish va sirtni o'zgartirish. Sirtni o'zgartirish yana noorganik va organik yondashuvlarga bo'linadi.
01 Termik ishlov berish
Bu usul AlN kukunini ma'lum bir atmosfera ostida yuqori haroratda ishlov berishni, kislorod miqdorini, haroratini va oksidlanish vaqtini nazorat qilishni, fizik to'siq sifatida sirtda zich Al₂O₃ plyonka hosil qilishni va shu bilan kukunning gidrolizga chidamliligini ma'lum darajada yaxshilashni o'z ichiga oladi. Garchi bu usul sodda va arzon bo'lsa-da, uning asosiy kamchiligi shundaki, issiqlik bilan ishlov berish jarayonida Al₂O₃ fazasining muqarrar ravishda kiritilishi oxirgi AlN keramikasining issiqlik o'tkazuvchanligi kabi asosiy xususiyatlarni sezilarli darajada yomonlashtiradi. Shunday qilib, u yuqori sifatli AlN ni saqlash va qo'llash uchun ideal gidrolizga qarshi yo'l hisoblanmaydi.
02 Noorganik sirt modifikatsiyasi
Noorganik sirt modifikatsiyasi asosan AlN ni himoya qilish uchun H₂SiO₃ yoki H₃PO₄ kabi noorganik kislotalardan foydalanadi va eritmada gidrolizni bostiradigan sirtda yupqa plyonkaga o'xshash qatlam hosil qiladi. Odatda, hosil bo'lgan plyonkaning eruvchanligi gidrolizning harakatiga katta ta'sir qiladi. Misol uchun, alyuminiy silikat issiq va sovuq suvda juda past eruvchanlikka ega, alyuminiy fosfat esa issiq suvda yuqori eruvchanlikka ega. Shuning uchun, yuqori haroratlarda H₂SiO₃ ning gidrolizga qarshi ta'siri H₃PO₄ ga qaraganda ancha yaxshi bo'ladi. Bundan tashqari, ushbu modifikatsiyaning samaradorligi AlN kukunining zarracha hajmiga bog'liq. Kichikroq zarralar yuqori sirt faolligiga va noorganik kislotalar uchun kuchli adsorbsiya qobiliyatiga ega, bu esa aniqroq anti-gidroliz ta'siriga olib keladi. Kattaroq zarralar uchun qoplama effekti kichik o'lchamdagilarga qaraganda kamroq samaralidir, shuning uchun kichikroq o'lchamlarga afzallik beriladi. Noorganik kislotani yuvishdan tashqari, Al(H₂PO₄)₃ eritmasi bilan ishlov berish fosfat anionlarining AlN zarrachalari yuzasida kamida bir fosfat qatlamini hosil qilishiga imkon beradi, bu esa suvning kirib kelishini oldini oladi. Demak, bitta yuqori haroratli Al(H₂PO₄)₃ eritmasidan foydalanish yoki uni noorganik kislota bilan yuvish bilan birlashtirish ham gidrolizga qarshi modifikatsiyaning samarali usuli hisoblanadi. Noorganik sirt modifikatsiyalangan AlN yaxshi gidrolizga chidamlilik va arzon narxni namoyish etadi, bu uni amaliy va istiqbolli davolash usuliga aylantiradi.
03 Organik sirt modifikatsiyasi
Organik sirt modifikatsiyasi odatda AlN kukuni yuzasini qoplash yoki in-situ polimerizatsiya qilish uchun hidrofobik uzun zanjirli organik molekulalardan foydalanadi va shu bilan suv molekulalarining AlN yuzasi bilan aloqa qilishini oldini oladi va shu bilan gidrolizga chidamliligini oshiradi. Ushbu yondashuv oddiy ishlov berish, qisqa ishlov berish muddati va muhim modifikatsiya effektlariga ega, shu bilan birga suyuqlik suspenziyalarida AlN kukunining tarqalishini ma'lum darajada yaxshilaydi. Odatda ishlatiladigan organik modifikatorlarga organik karboksilik kislotalar va stearik kislota kiradi. Bunday organik kislotalarning karboksil guruhlari AlN yuzasida gidroksil guruhlari bilan o'zaro ta'sir qilishi va reaksiyaga kirishishi mumkin, AlN sirtini samarali suv o'tkazmaydigan qatlam hosil qiluvchi uzun organik zanjir bilan qoplaydi. Bundan tashqari, noorganik va organik materiallar-oʻzaro xossalarini yaxshilaydigan qoʻshimchalar-ham gidrofil, ham hidrofobik guruhlarni oʻz ichiga oladi. Hidrofobik guruh organik moddalar bilan kimyoviy reaksiyaga kirishadi yoki ular bilan yaxshi mos keladi, hidrofilik guruh esa noorganik materiallar bilan kimyoviy aloqalar hosil qilishi mumkin. AlN uchun modifikator sifatida foydalanilganda, hidrofilik guruh AlN yuzasiga bog'lanadi, hidrofobik guruh esa AlN yuzasiga ta'sir qiladi, hidrofobiklikni beradi va shu bilan suv va AlN yuzasi o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri aloqani oldini oladi va shu bilan gidrolizga chidamliligini oshiradi. Biroq, organik materiallar odatda yomon termal barqarorlikka ega bo'lganligi sababli, bu texnikani qo'llashda ma'lum cheklovlar mavjud.