Thermal conductivity of polycrystalline aluminum nitride (AlN) ceramics

Abstract

In general, polycrystalline ceramics exhibit lower thermal conductivities than their associated single crystals. For instance, at 300K, the theoretical thermal conductivity of single crystal aluminum nitride (AlN) is 319 W/m-K, whereas, the values measured for polycrystalline AlN ceramics range from 17 W/m-K to 285 W/m-K. This variation is not unusual for polycrystalline ceramics. The variability is strongly dependent upon the purity of the starting materials and the details of sintering process. The process is important since it influences the microstructure and thus influences the conduction mechanism. In this paper we present the causes of this variation and how it can be controlled.Em geral, cerâmicas policristalinas apresentam condutividade térmica mais baixa do que seus equivalentes monocristais. Por exemplo, a 300 K, a condutividade térmica teórica de monocristais de nitreto de alumínio (AlN) é 319 W/m-K, enquanto que, os valores medidos variam desde 17 W/m-K a 285 W/m-K. Esta variação é comum em cerâmicas policristalinas. A variação é fortemente dependente do grau de pureza dos materiais precursores e detalhes dos processos de sinterização. O processo de sinterização é importante porque ele influencia a microestrutura e esta o mecanismo de condutividade. Neste artigo nós apresentamos as causas desta dependência e como ela pode ser controlada.