Τα κεραμικά υποστρώματα νιτριδίου αλουμινίου έχουν εξαιρετικά υψηλή θερμική αγωγιμότητα, υψηλό ρυθμό ηλεκτρικής μόνωσης και ιδιότητες θερμικής διαστολής παρόμοιες με εκείνες των υλικών ημιαγωγών όπως πλακέτες πυριτίου. Χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία ηλεκτρονικών συσκευασιών.
Ο ηγέτης της αγοράς στη σκόνη πρώτης ύλης από νιτριδίου αλουμινίου είναι η Tokuyama Corporation της Ιαπωνίας. Έχει ετήσια παραγωγή 840 τόνων σκόνης νιτριδίου αλουμινίου και αντιπροσωπεύει περίπου το 75% του παγκόσμιου μεριδίου αγοράς. Το Tokuyama χρησιμοποιεί κυρίως τη μέθοδο καρβοθερμικής μείωσης για την παραγωγή και την παρασκευή σκόνης νιτριδίου αλουμινίου ηλεκτρονικής καθαρότητας.
Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου μείωσης της καρβοθερμικής μείωσης είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα ευρύ φάσμα πρώτων υλών (AL2O3) και να επιτύχει ταυτόχρονα σταθερό έλεγχο της διαδικασίας. Η αρχή της διεργασίας της μεθόδου μείωσης των καρβοθερμικών μείωσης έχει ως εξής: Όταν τα ομοιόμορφα μικτά Al2O3 και C θερμαίνονται σε μια ατμόσφαιρα Ν2, το AL2O3 μειώνεται για πρώτη φορά και στη συνέχεια το προκύπτον προϊόν AL αντιδρά με το N2 για να δημιουργήσει ALN. Ο τύπος χημικής αντίδρασης είναι al2O3 (s) + 3c (s) + n2 (g) → 2aln (s) + 3co (g). Αυτή η μέθοδος έχει μια απλή διαδικασία, υψηλή καθαρότητα σε σκόνη, μέγεθος μικρού σωματιδίου και ομοιόμορφη κατανομή. Ωστόσο, ο χρόνος σύνθεσης είναι μακρύς, η θερμοκρασία νιτρικών είναι σχετικά υψηλή και ο υπερβολικός άνθρακας πρέπει να αφαιρεθεί μετά την αντίδραση. Εάν η απομάκρυνση του άνθρακα δεν είναι διεξοδική και η υπολειμματική περιεκτικότητα σε άνθρακα στη σκόνη νιτριδίου αλουμινίου είναι πολύ υψηλή, θα έχει μεγάλη επίδραση στην απόδοση της σκόνης. Η σκόνη βαθμού H του Tokuyama μπορεί να ελέγξει ότι η υπολειμματική περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι ≤ 280 ppm και η σκόνη G-Grade μπορεί να το ελέγξει ως ≤ 200 ppm.
Η υπερβολική περιεκτικότητα σε υπολειμματικό άνθρακα έχει τις ακόλουθες κύριες επιπτώσεις στα κεραμικά υποστρώματα νιτριδίου αλουμινίου:
Αντίκτυπος στη διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης: Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πυροσυσσωμάτωσης των κεραμικών νιτριδίου αλουμινίου, η υπολειμματική περιεκτικότητα σε άνθρακα θα επηρεάσει τον βαθμό πυκνοποίησης και τη μικροδομή του πυροσυσσωρευμένου σώματος. Πολύ υψηλή περιεκτικότητα σε υπολειμματικό άνθρακα μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση οπών ή ρωγμών στο πυροσυσσωρευμένο σώμα, μειώνοντας έτσι τις μηχανικές ιδιότητες και τη θερμική σταθερότητα του υλικού.
Επιπτώσεις στη θερμική αγωγιμότητα: Η ύπαρξη υπολειμματικής περιεκτικότητας σε άνθρακα θα επηρεάσει άμεσα τη θερμική αγωγιμότητα των κεραμικών νιτριδίου αλουμινίου. Δεδομένου ότι η θερμική αγωγιμότητα του άνθρακα είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή του νιτριδίου αλουμινίου, η αύξηση της υπολειμματικής περιεκτικότητας σε άνθρακα θα οδηγήσει σε μείωση της συνολικής θερμικής αγωγιμότητας των κεραμικών νιτριδίου αλουμινίου.
Αντίκτυπος στις μηχανικές ιδιότητες: Η υπολειμματική περιεκτικότητα σε άνθρακα θα επηρεάσει επίσης τις μηχανικές ιδιότητες των κεραμικών νιτριδίου αλουμινίου, όπως η αντοχή στην κάμψη και η ανθεκτικότητα του θραύσματος. Πειραματικές μελέτες έχουν δείξει ότι καθώς μειώνεται η θερμοκρασία, η αντοχή στην κάμψη και η ανθεκτικότητα του θραύσης των κεραμικών νιτριδίου αλουμινίου που περιέχουν μια κατάλληλη ποσότητα υπολειπόμενου άνθρακα θα αυξηθεί σε κάποιο βαθμό. Ωστόσο, εάν η υπολειμματική περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι υπερβολικά υψηλή, μπορεί να οδηγήσει σε συγκέντρωση στρες μέσα στο υλικό και στη συνέχεια να μειώσει τις μηχανικές του ιδιότητες.
Επιπτώσεις στις ηλεκτρικές ιδιότητες: Για τα πεδία εφαρμογής που απαιτούν υψηλή ηλεκτρική μόνωση, η ύπαρξη υπολειμματικής περιεκτικότητας σε άνθρακα μπορεί να μειώσει την απόδοση ηλεκτρικής μόνωσης των κεραμικών νιτριδίου αλουμινίου. Επειδή ο ίδιος ο άνθρακας είναι ένα αγώγιμο υλικό, πολύ υψηλή περιεκτικότητα σε υπολειμματικό άνθρακα θα αυξήσει την ηλεκτρική αγωγιμότητα του υλικού, επηρεάζοντας έτσι την εφαρμογή του στον τομέα των ηλεκτρονικών.
