中國粉體網訊  氮化鋁(AlN)是一種六方纖鋅礦結構的共價鍵化合物，具有熱導率高、高溫絕緣性和介電性能好、高溫下材料強度大、熱膨脹系數低并且與半導體硅材料相匹配、無毒等優點，具有良好的熱學、電學和機械性能，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，鋁粉與氮氣直接發生化學反應生產氮化鋁粉末，反應式為：2Al + N₂ =2AlN。

該方法的優點是原料豐富，成本低廉，工藝簡單，沒有副反應；但該法的缺點也很明顯，在反應初期，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，致使產率較低；又由于鋁和氮氣之間的反應是強放熱反應，速度很快，造成AlN粉體自燒結，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鍵。

（2）Al₂O₃碳熱還原法

Al₂O₃碳熱還原法就是將超細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，反應式為：A_l2O₃ +3C + N₂ =2AlN +3CO。

該方法的優點是原料來源廣、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，而且反應后還需對過量的碳進行除碳處理，導致生產成本較高。

（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手段引燃后，利用鋁粉和氮氣反應產生的熱量維持反應自發進行，直到反應結束。反應式為：2Al + N₂ =2AlN。

該方法的優點是無需外加電源加熱，因而設備簡單，能源消耗少，成本比較低，適合大規模生產；此外，由于燃燒過程產生的高溫環境可將反應物中的易揮發雜質去除，從而產物的純度提高；粉體產物由于反應合成過程中快速升溫和降溫過程而產生高濃度的結晶缺陷，這些結構缺陷可以提高后續氮化鋁陶瓷的燒結活性。

缺點是此方法需要在高壓環境下進行，在一定程度上限制了其工業化生產。

（4）高能球磨法

高能球磨法是指在氮氣或氨氣氣氛下，利用球磨機的轉動或振動，使硬質球對氧化鋁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。

該方法具有設備簡單、工藝流程短、生產效率高等優點，但在球磨過程中容易引入雜質，導致粉體的質量較低。

此外，氮化鋁粉末制備方法還有化學氣相沉積法、溶膠-凝膠法、等離子化學合成法、原位自反應合成法、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，已經用于工業化大規模生產。

國內外制備AlN粉體的主要差距

高性能AlN陶瓷最終取決于AlN粉體的質量，國內在AlN粉體制備技術方面還存在很大的差距，急需在制作技術上有所突破。

國內AlN粉技術性能的主要差距

總結

氮化鋁陶瓷粉體材料具有一系列優良理化性能，有著廣闊的發展前景。但是其制備方法存在著很多局限，且國內外技術水平存在較大差距，因此國內完善高性能氮化鋁粉體制備技術，降低生產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發展現狀
王杰、張戰營.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
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