間違いなく、窒化アルミニウムは近年最も人気のあるセラミック材料の 1 つです。そのユニークな特性により、酸化アルミニウムではもはや対応できない分野で優れた能力を発揮します。そのため、業界内では「酸化アルミニウムは窒化アルミニウムに置き換わる」という考えが広まっている。
1856 年、フランスの科学者アンリ サント-クレール ドゥヴィルは、ボーキサイトのソーダ焼結プロセスを提案しました。これは、ボーキサイトから酸化アルミニウムを抽出する最初の試みとなり、酸化アルミニウム産業の始まりを告げました。
酸化アルミニウムがセラミック産業に応用されるようになったのは 49 年後のことです。 1905 年、ドイツは酸化アルミニウム切削工具の研究を先駆的に行い、これは先端セラミック産業全体の出発点でもありました。しかし、当時は技術が限られていたため、酸化アルミニウムセラミックスの性能や応用範囲はかなり限られていました。第二次世界大戦後、各国は先端セラミックスへの研究開発投資を増やし始めました。酸化アルミニウムセラミックスの製造プロセスは徐々に成熟し、機械、エレクトロニクス、航空宇宙などのさまざまな分野で徐々に応用されました。今日、酸化アルミニウムセラミックは、最も広く使用され、最も用途の広いタイプの先端セラミックとなっています。
次に窒化アルミニウムを見てみましょう。窒化アルミニウムの研究も早くから始まりました。 1862 年に F. Birgeler と A. Geuther によって発見され、1877 年に JW Mallet が初めて窒化アルミニウムの合成に成功しました。しかし、その後 100 年以上にわたって実用化は見出されず、肥料の窒素固定剤としての使用のみが考慮されていました。-
窒化アルミニウムは自己拡散係数が低く、融点が高い共有結合化合物であるため、焼結が困難です。{0}純鉄、アルミニウム、アルミニウム合金を製錬するための耐火物として窒化アルミニウムセラミックの製造に初めて成功したのは 1950 年代になってからでした。 1970 年代以降、研究が深まるにつれ、窒化アルミニウムの製造プロセスにおける画期的な進歩により、その応用範囲は引き続き拡大しましたが、その応用範囲は依然として比較的限定的でした。近年、マイクロエレクトロニクス技術の急速な発展に伴い、電子機器や電子部品は小型化、軽量化、集積化、高信頼性、高出力化を目指して進んでいます。-デバイスがますます複雑になるにつれて、基板やパッケージング材料の放熱に対する要求が高まっており、その高い熱伝導率により窒化アルミニウムに大きな注目が集まっています。
電子チップがますます総合的な性能を持ち、全体の寸法が小さくなるという現在の開発傾向を考慮すると、チップの動作中に発生する熱流束密度も劇的に増加しています。電子デバイスの場合、通常、温度が 10 度上昇するごとに、デバイスの実効寿命は 30% ～ 50% 減少します。したがって、デバイスの放熱能力を高めるための適切なパッケージング材料とプロセスの選択が、パワーデバイス開発における技術的なボトルネックとなっています。
熱伝導率の点では、上記の分野では酸化アルミニウムと窒化アルミニウムは比べものになりません。しかし、窒化アルミニウムは酸化アルミニウムを打ち破ることができるでしょうか?
酸化アルミニウムの熱伝導率はわずか30W/(m・K)です。それほど高くはありませんが、低{2}}～-中-レンジのアプリケーションには十分です。重要なのは、安価で、成熟した製造プロセスを備えていることです。低域から-中域-のアプリケーションの場合は、これを選択するのが正しいです。
窒化アルミニウムの理論熱伝導率は最大 320 W/(m・K) に達することがあり、これは酸化アルミニウムセラミックの 8 ～ 10 倍です。製造時に達成される実際の熱伝導率は、200 W/(m・K) にも達します。ただし、価格が高いということは、継続的に出現し続けるハイエンド市場の需要を主にターゲットにしていることを意味します。{6}}
このように、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムの関係は、単純な「置換」ではなく、それぞれが独自の目的を果たす、補完的な共存の関係となっています。
窒化アルミニウムがなかったとしても、酸化アルミニウムがハイエンド市場での地位を確立するのは難しいでしょう。{0}}逆に、酸化アルミニウムで十分な低価格帯から中価格帯の市場では、はるかに高価な窒化アルミニウムを使用するほど愚かな人はいないでしょう。これらの領域では、酸化アルミニウムが依然として王者です。