In den letzten Jahren ist die Wärmespeicherung aufgrund der hohen Komplexität integrierter Geräte immer wichtiger geworden und hat zu höheren Anforderungen an die Wärmeableitung von Substraten und Verpackungsmaterialien geführt. In dieser Studie werden Bornitrid-Mikrobänder (BNMR)/Al2O3-Verbundkeramiken mittels Funkenplasmasintern (SPS) hergestellt.
In dieser Studie wird die Auswirkung unterschiedlicher Mengen der gehärteten BNMR-Phase auf die Dichte, die mechanischen Eigenschaften, die Dielektrizitätskonstante und die Wärmeleitfähigkeit von BNMR/Al2O3-Verbundkeramiken untersucht. Gleichzeitig werden die Mechanismen erforscht, die der Härtung und der erhöhten Wärmeleitfähigkeit der hergestellten Keramiken zugrunde liegen.
Ein Team von Materialwissenschaftlern unter der Leitung von Ji-Lin Wang von der Technischen Universität Guilin in Guilin stellt Bornitrid-Mikrobänder (BNMR)/Al2O3-Verbundkeramiken mittels Funkenplasmasintern (SPS) her. Während des Sinterprozesses werden die biegsamen BNMRs unter hoher Temperatur und hohem Druck kontinuierlich extrudiert und durch die Al2O3-Körner verformt, woraufhin die Al2O3-Körner gleichmäßig umhüllt werden.
Die zwischen den Al2O3-Korngrenzen verteilten BNMRs verringerten den Atomdiffusionskoeffizienten und verhinderten das mögliche abnormale Wachstum von Al2O3-Körnern. Bei diesem Prozess wird nicht nur eine spezielle Kernschalenstruktur gebildet, sondern auch ein guter BN-Wärmeleitungsweg aufgebaut, der die schnelle Wärmeleitung besser fördert.
Das Team veröffentlichte seine Rezension im Zeitschrift für moderne Keramik am 30. April 2024.
„In dieser Arbeit haben wir BNMR/Al2O3-Verbundkeramiken hergestellt. Während des Sinterprozesses wurden die biegsamen BNMRs unter hoher Temperatur und hohem Druck kontinuierlich durch die Al2O3-Körner extrudiert und verformt. Als Ergebnis haben wir nicht nur einen speziellen Wärmeleitfähigkeitspfad gebildet, um die Wärmeleitfähigkeit der Verbundwerkstoffe zu erhöhen, sondern wir haben auch die mechanischen Eigenschaften der Al2O3-Keramiken verbessert“, sagte Ji-Lin Wang, Erstautor dieses neuen Artikels und assoziierter Forscher an der School of Materials Science and Engineering der Guilin University of Technology.
Die BNMRs/Al2O3-Verbundkeramik aus 3–4 µm Al2O3 und 1–2 µm BNMRs-Pulver zeigte insgesamt eine gute Leistung. Bei einem BNMRs-Verbundkeramik-Gehalt von 5 Gew.-% betrugen die relativen Dichten, Härte, Bruchzähigkeit und Biegefestigkeit 99,95 % ± 0,025 %, 34,11 ± 1,5 Gpa, 5,42 ± 0,21 MPa·m1/2 und 375 ± 2,5 MPa, und die Wärmeleitfähigkeit und Dielektrizitätskonstante betrugen 6,18 ± 0,02 bzw. 15,89 ± 0,13 W/(m·K). Die Bruchzähigkeit, Biegefestigkeit und Wärmeleitfähigkeit stiegen im Vergleich zu den entsprechenden Werten für reine Al2O3-Keramik um 35 %, 25 % bzw. 45,6 %.
Die Ergebnisse dieser Studie sind vielversprechend und bieten neue experimentelle und theoretische Referenzen zur Verbesserung der Gesamtleistung hochwärmeleitfähiger Keramiksubstrate auf Aluminiumoxidbasis.
Der nächste Arbeitsplan besteht darin, die Gesamtleistung von Verbundkeramik-Verpackungssubstraten auf Basis von Aluminiumoxid (Al2O3) durch die Einführung mehrphasiger Partikel, Whisker oder Fasern weiter zu verbessern, um den Anforderungen der neuesten Entwicklungen in der elektronischen Informationstechnologie gerecht zu werden.
Weitere Studienteilnehmer sind Dongping Lu, Weiping Xuan, Yuchun Ji, Shaofei Li, Wenbiao Li, Shilin Tang, Guoyuan Zheng und die korrespondierenden Autoren Prof. Fei Long von der Guilin University of Technology in Guilin, China; und Ruiqi Chen von der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwesen der Hong Kong Polytechnic University.
Mehr Informationen:
Jilin Wang et al., Bornitrid-Mikrobänder verstärkten und zäheren Aluminiumoxid-Verbundkeramiken mit hervorragenden mechanischen, dielektrischen und thermischen Leitfähigkeitseigenschaften, Zeitschrift für moderne Keramik (2024). DOI: 10.26599/JAC.2024.9220872
Zur Verfügung gestellt von Tsinghua University Press