菠菜网址导航老虎机 一文了解氮化铝陶瓷粉体的制备

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氮化铝(AlN)是一种六方纤锌矿结构的共价键化合物，具有热导率高、高温绝缘性和介电性能好、高温下材料强度大、热膨胀系数低并且与半导体硅材料相匹配、无毒等优点，具有良好的热学、电学和机械性能，是理想的电子封装散热材料。

氮化铝陶瓷的制备工艺和性能均受到粉体特性的直接影响，因此氮化铝粉体的制备非常重要。

氮化铝粉体的制备

01

Al粉直接氮化法

         Al粉直接氮化法是最早制备AlN粉末的方法，该法是将铝粉在氮气中加热，在高温（800~1200℃）下，铝粉与氮气直接发生化学反应生产氮化铝粉末。

反应式为： 2Al + N ₂ =2AlN。

该方法的优点是原料丰富，成本低廉，工艺简单，没有副反应；但该法的缺点也很明显，在反应初期，铝粉颗粒表面会逐渐生成氮化物膜，使氮气难以进一步渗透，阻碍氮气反应，致使产率较低；又由于铝和氮气之间的反应是强放热反应，速度很快，造成AlN粉体自烧结，形成团聚，使得粉体颗粒粗化。

因此，提高Al粉的氮化速率和转化率，消除AlN粉末的团聚，成为Al粉直接氮化法需要解决的关键。

02

Al₂O₃碳热还原法

    Al ₂ O ₃ 碳热还原法就是将超细Al ₂ O ₃ 粉和高纯度碳粉球磨混合，在氮气氛围中，一定的温度（1400~1800℃）下，利用碳还原氧化铝，与氮气生成AlN粉末，反应式为：Al ₂ O ₃ +3C+N ₂ =2AlN+3CO。

该方法的优点是原料来源广、工艺过程简单，合成的粉体纯度高、粒径小且分布均匀；其缺点在于合成时间较长、氮化温度较高，而且反应后还需对过量的碳进行除碳处理，导致生产成本较高。

03

自蔓延高温合成法

自蔓延高温合成法又称燃烧合成法，是将铝粉在高压氮气中通过相关手段引燃后，利用铝粉和氮气反应产生的热量维持反应自发进行，直到反应结束。

反应式为： 2Al+N ₂ =2AlN。

该方法的优点是无需外加电源加热，因而设备简单，能源消耗少，成本比较低，适合大规模生产；此外，由于燃烧过程产生的高温环境可将反应物中的易挥发杂质去除，从而产物的纯度提高；粉体产物由于反应合成过程中快速升温和降温过程而产生高浓度的结晶缺陷，这些结构缺陷可以提高后续氮化铝陶瓷的烧结活性。

缺点是此方法需要在高压环境下进行，在一定程度上限制了其工业化生产。

04

高能球磨法

高能球磨法是指在氮气或氨气气氛下，利用球磨机的转动或振动，使硬质球对氧化铝或铝粉等原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，从而直接氮化生成氮化铝粉体的方法。

该方法具有设备简单、工艺流程短、生产效率高等优点，但在球磨过程中容易引入杂质，导致粉体的质量较低。

此外，氮化铝粉末制备方法还有化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、等离子化学合成法、原位自反应合成法、电弧熔炼法、微波合成法、溶剂热合成法等。

综合来看，Al粉直接氮化法和Al₂O₃碳热还原法这两种制备方法比较成熟，是目前制备高性能AlN粉体的主要方法，已经用于工业化大规模生产。

国内外制备AlN粉体的主要差距

高性能AlN陶瓷最终取决于AlN粉体的质量，国内在AlN粉体制备技术方面还存在很大的差距，急需在制作技术上有所突破。

总结：

氮化铝陶瓷粉体材料具有一系列优良理化性能，有着广阔的发展前景。但是其制备方法存在着很多局限，且国内外技术水平存在较大差距，因此国内完善高性能氮化铝粉体制备技术，降低生产成本是今后研究的重点。