中国科学院研究チーム:DLP技術によるAlNセラミックスの印刷

中国科学院研究チーム:DLP技術によるAlNセラミックスの印刷
寄稿者: 王成東、陸中良 寄稿者: 機械製造システム工学国家重点研究室

窒化アルミニウム (AlN) は、理論上の熱伝導率が高く (319 W/(m·K))、電気絶縁性に優れ、熱膨張係数が低く、機械的強度が高いという特徴があります。ヒートシンクやマイクロエレクトロニクスの用途に有望なセラミック材料です。 DLP 技術は、微細な構造を持つ小型部品の製造を可能にします。中国科学院の研究チームは、この技術に基づいて AlN セラミックを印刷し、その熱伝導率と機械的特性を調査しました。

研究チームは、AlN粉末とY2O3粉末を感光性樹脂に分散させ、チキソトロピー剤を加えてボールミル処理し、55vol%の高固相・低粘度セラミックススラリーを調製し、500℃で脱脂し、1780℃から1845℃の異なる温度で焼結しました。図1は1845℃で焼結した部品を示しています。図1(a)は、ねじ山のある2つの小さな部品を示しています。 図1(d)、(e)、(f)から、これら2つの小さな部品には、徐々に一定の大きさのマイクロメートル規模のねじ山と溝があることがはっきりとわかります。表面は滑らかで、溝の端にバリはありません。図1(b)と(c)は、異なるサイズのるつぼと基板を示しています。

図 1 AlN セラミックスのマクロ画像と対応する顕微鏡画像: (a) ねじ付き小部品、(b) さまざまなサイズのるつぼ、(c) 基板、(d) は (a) の A の高倍率画像、(e) は (a) の B の高倍率画像、(f) は (a) の C の高倍率画像です。図 2 (左) の AlN セラミックスの熱伝導率は 82 W/(m·K) から 155 W/(m·K) まで変化し、焼結温度の上昇とともに増加します。温度が上昇すると、サンプルの密度が増加し、多孔性は減少します。そのため、研究者らは、AlN-1845 の最高の熱伝導率は、緻密化プロセス中に大幅に減少した粒界と点欠陥に起因すると考えています。曲げ強度は 139 MPa ~ 265 MPa の範囲で、温度の上昇とともに増加します。
図2 異なる温度で焼結したAlNセラミックスの熱伝導率(左) 異なる温度で焼結したAlNセラミックスの曲げ強度(右) 本論文の研究チームは、DLP技術と熱処理を組み合わせて、高熱伝導率と高曲げ強度を備えたニアネットシェイプAlNセラミックスの製造に成功し、AlNセラミックスの相転移、微細構造、熱伝導率、曲げ特性に対する温度の影響を研究した。この研究で採用された方法は、複雑な形状を持つ他の機能性セラミックスの製造にもさらに応用でき、幅広い応用の見通しがあります。

参考文献:
Wenyan Duan、Shan Li、Gong Wang、Rui Dou、Li Wang、Yubei Zhang、Haiqing Li、Huihui Tan。3次元印刷で製造されたAlNセラミックスの熱伝導率と機械的特性[J]。ヨーロッパセラミックス協会誌、2020年

中国科学院、DLP、セラミックス

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