中國粉體網(wǎng)訊 氮化鋁(AlN)是一種六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的共價鍵化合物，具有熱導(dǎo)率高、高溫絕緣性和介電性能好、高溫下材料強度大、熱膨脹系數(shù)低并且與半導(dǎo)體硅材料相匹配、無毒等優(yōu)點，具有良好的熱學(xué)、電學(xué)和機械性能，是理想的電子封裝散熱材料。
氮化鋁陶瓷的制備工藝和性能均受到粉體特性的直接影響，因此氮化鋁粉體的制備非常重要。
氮化鋁粉體的制備
（1）Al粉直接氮化法
Al粉直接氮化法是最早制備AlN粉末的方法，該法是將鋁粉在氮氣中加熱，在高溫（800~1200℃）下，鋁粉與氮氣直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)氮化鋁粉末，反應(yīng)式為：2Al + N2 =2AlN。
該方法的優(yōu)點是原料豐富，成本低廉，工藝簡單，沒有副反應(yīng)；但該法的缺點也很明顯，在反應(yīng)初期，鋁粉顆粒表面會逐漸生成氮化物膜，使氮氣難以進一步滲透，阻礙氮氣反應(yīng)，致使產(chǎn)率較低；又由于鋁和氮氣之間的反應(yīng)是強放熱反應(yīng)，速度很快，造成AlN粉體自燒結(jié)，形成團聚，使得粉體顆粒粗化。
因此，提高Al粉的氮化速率和轉(zhuǎn)化率，消除AlN粉末的團聚，成為Al粉直接氮化法需要解決的關(guān)鍵。
（2）Al2O3碳熱還原法
Al2O3碳熱還原法就是將超細(xì)Al2O3粉和高純度碳粉球磨混合，在氮氣氛圍中，一定的溫度（1400~1800℃）下，利用碳還原氧化鋁，與氮氣生成AlN粉末，反應(yīng)式為：Al2O3 +3C + N2 =2AlN +3CO。
該方法的優(yōu)點是原料來源廣、工藝過程簡單，合成的粉體純度高、粒徑小且分布均勻；其缺點在于合成時間較長、氮化溫度較高，而且反應(yīng)后還需對過量的碳進行除碳處理，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高。
（3）自蔓延高溫合成法
自蔓延高溫合成法又稱燃燒合成法，是將鋁粉在高壓氮氣中通過相關(guān)手段引燃后，利用鋁粉和氮氣反應(yīng)產(chǎn)生的熱量維持反應(yīng)自發(fā)進行，直到反應(yīng)結(jié)束。反應(yīng)式為：2Al + N2 =2AlN。
該方法的優(yōu)點是無需外加電源加熱，因而設(shè)備簡單，能源消耗少，成本比較低，適合大規(guī)模生產(chǎn)；此外，由于燃燒過程產(chǎn)生的高溫環(huán)境可將反應(yīng)物中的易揮發(fā)雜質(zhì)去除，從而產(chǎn)物的純度提高；粉體產(chǎn)物由于反應(yīng)合成過程中快速升溫和降溫過程而產(chǎn)生高濃度的結(jié)晶缺陷，這些結(jié)構(gòu)缺陷可以提高后續(xù)氮化鋁陶瓷的燒結(jié)活性。
缺點是此方法需要在高壓環(huán)境下進行，在一定程度上限制了其工業(yè)化生產(chǎn)。
（4）高能球磨法
高能球磨法是指在氮氣或氨氣氣氛下，利用球磨機的轉(zhuǎn)動或振動，使硬質(zhì)球?qū)ρ趸X或鋁粉等原料進行強烈的撞擊、研磨和攪拌，從而直接氮化生成氮化鋁粉體的方法。
該方法具有設(shè)備簡單、工藝流程短、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，但在球磨過程中容易引入雜質(zhì)，導(dǎo)致粉體的質(zhì)量較低。
此外，氮化鋁粉末制備方法還有化學(xué)氣相沉積法、溶膠-凝膠法、等離子化學(xué)合成法、原位自反應(yīng)合成法、電弧熔煉法、微波合成法、溶劑熱合成法等。
綜合來看，Al粉直接氮化法和Al2O3碳熱還原法這兩種制備方法比較成熟，是目前制備高性能AlN粉體的主要方法，已經(jīng)用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
國內(nèi)外制備AlN粉體的主要差距
高性能AlN陶瓷最終取決于AlN粉體的質(zhì)量，國內(nèi)在AlN粉體制備技術(shù)方面還存在很大的差距，急需在制作技術(shù)上有所突破。
國內(nèi)AlN粉技術(shù)性能的主要差距
總結(jié)
氮化鋁陶瓷粉體材料具有一系列優(yōu)良理化性能，有著廣闊的發(fā)展前景。但是其制備方法存在著很多局限，且國內(nèi)外技術(shù)水平存在較大差距，因此國內(nèi)完善高性能氮化鋁粉體制備技術(shù)，降低生產(chǎn)成本是今后研究的重點。
參考資料：
張浩、崔嵩等.高性能氮化鋁粉體技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
王杰、張戰(zhàn)營.氮化鋁陶瓷粉體制備方法研究進展及展望
楊清華、王煥平.氮化鋁粉體制備的研究及展望
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除
