氮化铝粉体的制备工艺主要有直接氮化法和碳热还原法,此外还有自蔓延合成法、高能球磨法、原位自反应合成法、等离子化学合成法及化学气相沉淀法等。直接氮化法:直接氮化法就是在高温的氮气气氛中,铝粉直接与氮气化合生成氮化铝粉体,其化学反应式为2Al(s)+N2(g)→2AlN(s),反应温度在800℃-1200℃。其优点是工艺简单,成本较低,适合工业大规模生产。其缺点是铝粉表面有氮化物产生,导致氮气不能渗透,转化率低;反应速度快,反应过程难以控制;反应释放出的热量会导致粉体产生自烧结而形成团聚,从而使得粉体颗粒粗化,后期需要球磨粉碎,会掺入杂质。氮化铝耐热、耐熔融金属的侵蚀,对酸稳定,但在碱性溶液中易被侵蚀。苏州超细氧化铝厂家直销
氮化铝(AlN)具有高导热、绝缘、低膨胀、无磁等优异性能,是半导体、电真空等领域装备的关键材料,特别是在航空航天、轨道交通、新能源汽车、高功率LED、5G通讯、电力传输、工业控制等领域功率器件中具有不可取代的作用。目前用于制备复杂形状AlN陶瓷零部件的精密制备技术主要有模压成型、注射成型、凝胶注模成型,它们均为有模制造技术。此外,陶瓷3D打印成型也可实现AlN陶瓷零部件的精密制造,但该方法用于氮化铝陶瓷成型方面的研究较少,实际应用还有待于进一步的研究,故不在的讨论范围之内。微米氮化铝粉体哪家好氮化铝可以抵抗大部分融解的盐的侵袭,包括氯化物及冰晶石〔即六氟铝酸钠〕。
氮化铝陶瓷低温烧结助剂的选择:在烧结过程中通过添加一些低熔点的烧结助剂,可以在氮化铝烧结过程中产生液相,促进氮化铝胚体的致密烧结。此外,一些烧结助剂除了能够产生液相促进烧结,还能够与氮化铝晶格中的氧杂质反应,起到去除氧杂质净化晶格的作用,从而提高AlN陶瓷的热导性能。然而,烧结助剂不能盲目的添加,添加的量也要适宜,否则可能会产生不利的作用,烧结助剂会引入第二相,第二相的分布控制对热导率影响较大。经研究,在选择氮化铝陶瓷低温烧结助剂时应参照以下几点:添加剂熔点较低,能够在较低的烧结温度下形成液相,通过液相促进烧结;添加剂能够与Al2O3反应,去除氧杂质,净化AlN晶格,进而提高热导率;添加剂不与AlN反应,避免缺陷的产生;添加剂不会诱发AlN发生分解和氧化产生Al2O3和AlON,避免氮化铝陶瓷热导率急剧降低。
氮化铝粉体的合成方法:自蔓延高温合成法:该方法为铝粉的直接氮化,充分利用了铝粉直接氮化为强放热反应的特点,将铝粉于氮气中点然后,利用铝和氮气之间的高化学反应热使反应自行维持下去,合成AlN。其反应式与Al粉直接氮化法相同,即为2Al+N2→2AlN。化学气相沉积法:利用铝的挥发性化合物与氮气或氨气反应,从气相中沉淀析出氮化铝粉末;根据选择铝源的不同,分为无机物(卤化铝)和有机物(烷基铝)化学气相沉积法。该工艺存在对设备要求较高,生产效率低,采用烷基铝为原料会导致成本较高,而采用无机铝为原料则会生成腐蚀性气体,所以目前还难以进行大规模工业化生产。氮化铝的热导率主要由晶体缺陷和声子自身对声子散射控制。
目前,氮化铝也存在一些问题。其一是粉体在潮湿的环境极易与水中羟基形成氢氧化铝,在AlN粉体表面形成氧化铝层,氧化铝晶格溶入大量的氧,降低其热导率,而且也改变其物化性能,给AlN粉体的应用带来困难。抑制AlN粉末的水解处理主要是借助化学键或物理吸附作用在AlN颗粒表面涂覆一种物质,使之与水隔离,从而避免其水解反应的发生。目前抑制水解处理的方法主要有:表面化学改性和表面物理包覆。其二是氮化铝的价格高居不下,每公斤上千元的价格也在一定程度上限制了它的应用。制备氮化铝粉末一般都需要较高的温度,从而导致生产制备过程中的能耗较高,同时存在安全风险,这也是一些高温制备方法无法实现工业化生产的主要弊端。再者是生产制备过程中的杂质掺入或者有害产物的生成问题,例如碳化还原反应过量碳粉的去除问题,以及化学气相沉积法的氯化氢副产物的去除问题,这都要求制备氮化铝的过程中需对反应产物进行提纯,这也导致了生产制备氮化铝的成本居高不下。氮化铝陶瓷成为新一代大规模集成电路、半导体模块电路及大功率器件的理想散热和封装材料。苏州超细氧化铝厂家直销
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氮化铝是共价键化合物,属于六方晶系,纤锌矿型的晶体结构,呈白色或灰白色。室温强度高,且强度随温度的升高下降较慢。氮化铝导热性好,热膨胀系数小,是良好的耐热冲击材料。具有优异的抗热震性。AlN的导热率是Al2O3的2~3倍,热压时强度比Al2O3还高。氮化铝对Al和其他熔融金属、砷化镓等具有良好的耐蚀性,尤其对熔融Al液具有极好的耐侵蚀性,还具有优良的电绝缘性和介电性质。但氮化铝的高温抗氧化性差,在大气中易吸潮、水解,和湿空气、水或含水液体接触产生热和氮并迅速分解。在2516℃分解,热硬度很高,即使在分解温度前也不软化变形。氮化铝和水在室温下也能缓慢地进行反应,而被水解。和干燥氧气在800℃以上进行反应。苏州超细氧化铝厂家直销
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