現代の産業では、a上級 セラミック材料 アルミニウムは、その独特の物理的および化学的特性により、重要な役割を果たしています。アルミニウムベースのセラミックスの中で、窒化アルミニウム (AlN) と酸化アルミニウム (Al₂O₃) は高く評価されている 2 つの材料ですが、市場での位置づけは大きく異なります。Al₂O₃ が主流を占めているのに対し、AlN の普及率は 30% 未満です。なぜ、優れた性能を持つ AlN は Al₂O₃ に取って代わることができなかったのでしょうか。この記事では、この現象の背後にある科学的論理と産業上の現実について詳しく説明します。
熱伝導率：圧倒的な物理的差異
AlNの熱伝導率（170～200 W/(m·K)）は、Al₂O₃（20～30 W/(m·K)）の7～10倍です。
このギャップは結晶構造の違いから生じます。
AlN結晶構造窒化アルミニウムは六方晶系に属し、アルミニウム原子と窒素原子が強い共有結合で結びつき、高密度の原子配列を形成しています。この構造は結合エネルギーが高いだけでなく、格子振動（フォノン）抵抗が最小限に抑えられ、高効率の熱伝導が可能になります。
Al₂O₃の限界酸化アルミニウムの結晶構造（α-Al₂O₃、コランダム構造）では、酸素原子がより大きな空間を占めており、アルミニウムと酸素原子間のイオン結合特性により格子振動の散乱が激しくなり、熱伝達が妨げられます。
この特性により 窒化アルミニウム（AlN）セラミック 好ましい 高い熱伝導率 放熱基板 高出力電子機器, 5G基地局, RFデバイス, LEDパッケージ、 そして パワーモジュール、優れた 熱管理 そして 電気絶縁 上級者向け 半導体アプリケーション。 例えば、 窒化アルミニウム 熱放散 基質 チップの接合部温度を 30% 以上下げることができ、デバイスの寿命を大幅に延ばすことができます。
断熱性能: 高温・極限環境における「守護者」
AlN の誘電率 (8.8) は Al₂O₃ (9.8) よりも低く、高温 (>500°C) または高湿度条件下での絶縁抵抗の安定性が優れています。これは、化学結合の強い共有結合性と酸素空孔欠陥率の低さによるものです。航空宇宙、電気自動車のバッテリー モジュールなどのシナリオでは、AlN は部分放電による安全上の危険を防ぐことができます。
化学的安定性: 腐食と放射線に対する二重の保護
AlN は、溶融金属（アルミニウム、銅など）に対して Al₂O₃ よりもはるかに優れた耐腐食性を示し、その結晶構造は高放射線環境（原子力産業など）でも損傷を受けにくくなっています。たとえば、日本の福島原子力発電所の事故後、AlN は耐放射線性の重要な研究材料として挙げられました。
家電製品のようなコストに敏感な分野では、 電子機器用窒化アルミニウム （AlN）はさらに顕著である. のために スマートフォンのヒートシンクAl₂O₃溶液のコストはわずか 0.3～0.5個であるのに対し、AlNは 0.3～0.5 1個あたり,一方、AlN—たとえ価格が下がったとしても 2 — 「過剰設計」という非難に直面しています。このコストパフォーマンスのギャップにより、AlN はニッチなハイエンド市場に限定されています。
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