Cerâmica (Jun 2006)
Efeito do teor de Y2O3 na sinterização do nitreto de alumínio Effect of Y2O3 content on the sintering of aluminum nitride
Abstract
O Y2O3 é o principal aditivo usado na sinterização de cerâmicas de AlN com elevada condutividade térmica, que são destinadas a produção de dispositivos eletrônicos de alta performance. Neste trabalho, investigou-se o efeito do teor de aditivo na sinterização de AlN com 0,5 a 4% em peso de Y2O3, correlacionado os resultados de densidade, análise microestrutural e a evolução das segundas fases em função da temperatura de sinterização. Os corpos compactados foram sinterizados em atmosfera de nitrogênio usando um forno com elemento resistivo de tungstênio entre 1650 e 2000 ºC por 1 h. Os resultados mostraram que a densificação das amostras de AlN com até 4% de Y2O3 ocorreu por sinterização no estado sólido até 1700 ºC. Acima desta temperatura, a densificação ocorreu por sinterização assistida por fase líquida. A fusão da fase YAG foi responsável pela formação de líquido ao redor de 1725 ºC nas amostras de AlN com até 4% de Y2O3. A quantidade de fase líquida aumentou em função do teor de aditivo nas amostras somente após a densificação total devido à fusão das partículas grandes refratárias de aluminatos de ítrio (YAP e YAM) em altas temperaturas. Assim, o aumento do teor de Y2O3 (0,5 a 4% em peso) não causou variações significativas no comportamento de densificação do AlN porque a quantidade de fase líquida foi próxima na faixa de temperatura em que ocorreu a densificação. A adição de apenas 0,5% em peso de Y2O3 aumentou significativamente a sinterabilidade do AlN. O uso de Y2O3 com larga distribuição granulométrica em relação a do AlN não causou a formação de poros grandes. Os resultados mostraram uma tendência de evaporação de compostos óxidos nas amostras de AlN com Y2O3 sinterizadas principalmente acima de 1850 ºC.Y2O3 is the main sintering aid for high thermal conductivity AlN ceramics for the production of electronic devices. The effect of varying the amount of Y2O3 as sintering aid for AlN from 0.5 to 4 wt% was investigated. The effects of different amounts of Y2O3 were correlated with results of density and microstructural analysis, as well as the evolution of second phases, as a function of sintering temperature. Green bodies were sintered in nitrogen atmosphere using a tungsten element furnace, between 1650 and 2000 ºC for 1 h. The results showed the densification of AlN samples with Y2O3 by solid state sintering up to 1700 ºC; above this temperature, densification occurred by liquid-phase sintering. The melting of a YAG phase caused the formation of liquid phase at around 1725 ºC, in samples of AlN with up to 4 wt% Y2O3. The amount of liquid-phase increased with increasing sintering aid content only after the full densification of the samples, due to the melting of large refractory particles of yttrium aluminates (YAP and YAM) at high temperatures. As a result, the increase of the Y2O3 content (0.5 to 4 wt%) did not cause significant variations in the densification behavior of the AlN, as the amount of liquid-phase was similar for all temperatures in the range at which densification occurred. The addition of only 0.5 wt% Y2O3 increased significantly the sinterability of AlN. The use of Y2O3 with large particle size distribution in relation to AlN did not cause the formation of large pores. The results showed a trend towards oxide compounds evaporation in AlN samples with Y2O3, when sintered above 1850 ºC.
Keywords
