Search papers

Article details

  • Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials
  • Vol: 64, Issue: 2, 2012
  • pp: 214-218

download: article (PL)

Preparation of polycrystalline aluminium nitride with yttria additive

Abstract (EN)

Aluminium nitride polycrystals are characterized by high thermal conductivity, good temperature and chemical stability as well as good mechanical strength. AlN has piezoelectric properties and it is a broad-band semiconductor. Owing to that, it is more and more widely used in electronics, engineering, nuclear power engineering and military industry. AlN polycrystals are mostly produced through sintering doped with yttria and alumina additives. As large quantity of additives decreases thermal conductivity of AlN, in this paper polycrystals with the least possible amount of oxides were aspired to be produced. Two methods of obtaining the AlN polycrystals were used: hot pressing and pressureless sintering. Samples were hot pressed in the nitrogen atmosphere at 1900 °C for 2 hours. Pressureless polycrystals were sintered in the nitrogen atmosphere at 1830 °C for 5 hours and 1900 °C for 2 hours. Densities of all the samples were examined by means of Archimedes method. To investigate phase composition of polycrystals, X-ray diffraction was used. On X-ray diffraction patterns, the following phases of Y-Al-O-N type were detected: yttrium aluminium Garnet (Y3Al5O9-YAG), yttrium aluminate perovskite (YAlO3-YAP), yttrium aluminium monoclinic (Y4Al2O9-YAM). These phases were established as a result of reaction Y2O3 with Al2O3 during sintering process. The presence of alumina in this system resulted from passivation of AlN powder being used for sintering. The highest factor of thermal conductivity, that is 250 W/(m·K), was obtained for specimens pressurelessly sintered at 1900°C for 2 h, doped with 5 wt% Y2O3.

Keywords (EN): AlN, Sintering, Y2O3, Density, Heat conductivity

Otrzymywanie polikryształów azotku glinu z dodatkiem tlenku itru

Jankowski K., Kata D., Lis J.

Abstract (PL)

Polikryształy azotku glinu charakteryzują się wysokim współczynnikiem przewodzenia ciepła, dobrą stabilnością temperaturową i chemiczną oraz wysoką wytrzymałością mechaniczną. AlN posiada właściwości piezoelektryczne i jest półprzewodnikiem szerokopasmowym. Dzięki temu coraz szerzej jest stosowany w elektronice, energetyce jądrowej oraz przemyśle wojskowym. Najczęściej polikryształy azotku glinu są wytwarzane przez spiekanie z dodatkiem tlenku itru i tlenku glinu. Duża ilość dodatków obniża przewodnictwo cieplne tego tworzywa w związku z czym w pracy starano się wytworzyć polikryształy AlN o jak najmniejszej ich zawartości. Zastosowano dwie metody otrzymywania polikryształów: prasowanie na gorąco i spiekanie swobodne. Próbki prasowano na gorąco w atmosferze azotu w temperaturze 1900°C przez 2 godziny. Polikryształy bez ciśnienia spiekano w atmosferze azotu w temperaturze 1830°C przez 5 godzin oraz 1900°C przez 2 godziny. Dla wszystkich próbek zostały wyznaczone gęstości pozorne metodą Archimedesa. Celem sprawdzenia składu fazowego polikryształów zastosowano technikę dyfrakcji rentgenowskiej. Na obrazach dyfrakcyjnych wykryto następujące fazy: granat itrowo-glinowy (Y3Al5O9-YAG), perowskit itrowo-glinowy (YAlO3-YAP) oraz jednoskośną fazę itrowo-glinową (Y4Al2O9-YAM). Fazy te powstały podczas procesu spiekania wskutek reakcji Y2O3 z Al2O3. Tlenek glinu znajdował się w układzie w wyniku pasywacji ziaren proszku AlN użytego do spiekania. Najwyższy współczynnik przewodzenia ciepła, wynoszący 250 W/(m·K), otrzymano dla polikryształów spiekanych swobodnie w temperaturze 1900°C przez 2 godziny i zawierających 5% wag. Y2O3.

Keywords (PL): AlN, spiekanie, Y2O3, gęstość, przewodnictwo cieplne

return…