氮化铝的制备及用途

背景及概述^[1][2]

氮化铝为灰白色正交晶系或六方晶系结晶，在湿空气中有氨味。熔点2200℃(0.45MPa、氮气流中)，沸点(分解)，莫氏硬度9～10度。室温下强度高，随温度的升高，强度下降，弯曲强度30～40Pa。遇水分解为氢氧化铝和氨：

本品导热性好，膨胀系数小，抗熔融金属的腐蚀能力强，电绝缘性优良，介电性好。

制备^[1]

①在氮气流中加热铝土矿和焦炭。

②在150℃将高纯铝脱脂后，放入镍盘中，置于石英反应管中，在纯氮气流中加热至820℃ 左右，激烈反应，反应完毕，继续在氮气流中冷却，由于产品中有未反应的铝，粉碎后，再次在氮气流中加热至1100～1200℃，反应完毕，可制得。

③将三氯化铝合氨(AlCl3·NH3)在氮气流中进行热分解，也可制得。

④纯铝粉和氨气在800～1000℃下合成。

⑤以碳化铝为原料，在氮气流中加热，可制得。

用途^[1-2]

可以用作砷化镓表面的氮化铝涂层(气相沉积)；耐热冲击材料；耐高温材料；电器元件；六方晶系氮化硼转变为立方晶系氮化硼的催化剂；集成电路高密度化的耐热材料。

氮化铝(AlN)以其优异的高热导率、低介电常数、与Si相匹配的热膨胀系数及其它优良的物理化学性能受到了国内外学术界和生 产厂家的广泛关注，被誉为新一代高密度封装的理想基板材料。其热导率在160‑230W/mk，已经在大功率模块电路、开关电源以及其他需 要既绝缘又高散热的大功率器件上，以及作为手提电话微电路芯片承 载基板而被广泛应用。目前陶瓷基板的成型主要有流延、干压和冷等静压等成型方法。

目前用的较多的成型方法是流延成型，如一项现有技术中公开了一种用流延法制造高热导率即成电路氮化铝陶瓷基片的方法，该技 术中氮化铝片的制备方法主要有以下几个步骤：

1)在氮化铝粉中按 比例加入烧结助剂，搅拌均匀；

2)在1得到的粉体中按比例加入增塑 剂、悬浮剂、粘结剂和溶剂后，经振磨，制成混合均匀的浆料；

3) 将上述浆料通过流延成型机制成陶瓷坯带，并烘干成固体坯带，将坯带裁制成坯片；

4)将坯片送入烧结炉内烧结；

5)烧结后的基片冷却 后得到陶瓷片。流延法成型生产效率最高，且易于实现生产的连续化和自动化，可改善产品质量，实现大批量生产，但是流延法制备陶瓷基板对工 艺要求非常严格，并且，通过流涎法获得的产品密度较低。

有人想到用干压的方法制备氮化铝陶瓷基板，如一项现有技术中 公开了一种采用干压的方法制备氮化铝陶瓷的方法，该方法包括：

1) 将氮化铝粉末、混合烧结助剂混合均匀得到原料粉末；

2)在上述得 到的粉末中加入粘结剂后造粒；

3)将上述得到的粉体在压力机上成 型；

4)对坯片进行排胶；

5)烧结及后续处理得到氮化铝陶瓷零部件。干压成型具有操作方便，生产周期短，效率高，易于实现自动化 生产的特点。但干压成形用于大面积(如5cm*5cm)的制品的生产时， 产品的致密度不均匀，热导率较低。

CN200910190563.0提供一种同时具备导热率好、致密度高的氮化铝陶瓷的制备方法以及通过这种方法制备的氮化铝陶瓷。为此本发明中提供了一种氮化铝陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

1)称取氮化铝粉、烧结助剂、增塑剂、粘结剂、润滑剂、混合配制 成混合物；

2)对1步骤中所制得的混合物依次进行过筛、加压造粒、过筛，获 得氮化铝陶瓷原料；

3)将步骤2中获得的氮化铝陶瓷原料，放入模具中进行热压，获得 氮化铝陶瓷坯；

4)将步骤3中制备的氮化铝陶瓷坯在450‑600℃下保温2‑5h；

5)将步骤4中制备的氮化铝陶瓷在真空条件下，通入氮气，在 1650‑1900℃的条件下烧结，并保温后，冷却至室温，获得氮化铝陶瓷。 同时还提供了一种根据上述方法制备的氮化铝陶瓷，该氮化铝陶瓷包括氮化铝和烧结助剂，其中，氮化铝采用纯度在98％以上的氮化铝粉，烧结助剂为稀土金属氧化物、碱土金属氧化物、金属氟化物中的一种或多种，该氮化铝陶瓷的密度为3.35‑3.39g/cm3，该氮化铝 陶瓷的导热率为160‑180K/m.k。与现有技术相比，通过本发明所提供的方法制得的氮化铝陶瓷具备在致密度高的条件下同时具备导热率好的特点。

主要参考资料

[1] 实用精细化工辞典

[2]CN200910190563.0氮化铝陶瓷的制备方法及采用该方法制备的氮化铝陶瓷