氮化鋁(ALN)晶體是以A1N4四面體為結(jié)構(gòu)單位，具有Warzite結(jié)構(gòu)的共價鍵化合物。密度為3.26g／cm。屬六方晶系。在常壓下的分解溫度為2480℃。氮化鋁陶瓷材料熱導系數(shù)大（約320W/m·K，接近BeO和SiC，是Al2O3的5倍以上），機械強度高，硬度高，高溫電絕緣性好，熔點高，抗熔融金屬和鹽類侵蝕能力強且無毒。是一款很有希望的材料。今天話題就簡單聊聊這款材料，從ALN粉末的制備合成/碳還原法中影響氮化鋁合作的因素/未來展望三個方面來講。
一；氮化鋁粉末合成方法：
1．1金屬鋁粉直接氮化法：
直接氮化法工藝簡單、適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，是工業(yè)上已經(jīng)成熟的生產(chǎn)氮化鋁的方法。高度細分散的高純鋁粉在高溫下置于氮氣流中氮化，生產(chǎn)AlN粉末。鋁和氮的反應在600℃開始，隨著溫度的升高，氮化速率明顯增大
生產(chǎn)實踐表明：強烈的放熱反應，釋放的熱量會造成產(chǎn)物高溫下易凝結(jié)成塊，另外由于反應速度很快，反應初期在Al金屬表面上形成了一層粘附非常緊的AIN薄膜，在一個氮氣的壓強下，金屬表面的防護膜才被破壞，使氮難以進一步滲透，氮化速率減慢，所以最好進行二次氮化，這樣可以制備出均勻的AlN粉體。
這種方法存在產(chǎn)率低、粉體易團聚結(jié)塊、反應溫度偏高、合成物需經(jīng)仔細研磨反復氮化等缺點。為了提高轉(zhuǎn)化率和防止粉體團聚，采用粒度較細且活化度高的鋁粉，以氨氣、氫氣等低鍵能氣體部分代替氮氣，能有效的降低氮化溫度，提高鋁粉的轉(zhuǎn)化程度。
1．2碳熱還原法：
該方法是將超細氧化鋁粉和高純度碳粉混合，在流動的氮氣氣氛中，利用碳還原AI,O，被還原出的Al與N，在流動狀態(tài)下反應生產(chǎn)AlN。合成溫度范圍為：1600—1750℃，保溫時間4～10h，然后在N2氣氛中冷卻，最終得到黑色粉末狀氮化物，然后在空氣中600～700~C下保溫1O～16h，進行脫碳處理，得到灰白色、流動性良好的AlN粉末。
在碳熱還原法制備AIN粉體的工藝中，常加入堿土金屬及稀土金屬的氧化物如CaO、CaF2、Y2O3等作為催化劑，不同的煅燒溫度、不同的保溫時間、不同的鋁源及碳源均對碳熱還原產(chǎn)物有著重要的影響。
碳熱還原法具有原料豐富、工藝過程簡單、合成的粉體純度高、粒徑小且分布均勻等特點；其主要劣勢在于合成時間較長、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(chǎn)成本較高。
1．3化學氣相沉積法：
化學氣相沉積法或熱解法是基于鋁的揮發(fā)性化合物與氨或N，的化學反應從氣相中沉積AlN的方法。
根據(jù)加熱方式不同，化學氣相沉積法分為等離子體化學氣相沉積法、激光化學氣相沉積法和熱化學氣相沉積法；根據(jù)所使用的原料不同，可分為鋁的氨合物熱解法和六氟鋁酸氨分解法。該方法具有產(chǎn)品高純性、粒度和晶體結(jié)構(gòu)可控，工藝可實現(xiàn)精密控制與調(diào)節(jié)，過程連續(xù)化等特性，是相對有發(fā)展的技術(shù)之一，但其顯著缺點是過程較為復雜。
1．4高溫自蔓延合成法：
該法是將Al粉在高壓下被外界熱源點燃后，利用Al和N，反應所產(chǎn)生的高化學反應熱使反應自動維持下去，直到Al粉完全轉(zhuǎn)化成為AlN。該方法制備的AlN粉不像直接氮化法和碳熱還原法須將Al粉加熱至1000℃以上長時間氮化，除引燃外無需外部熱源。其特點是：制備過程與設備簡單，耗費能源極少；可快速生產(chǎn)，成本低廉；伴隨燃燒所產(chǎn)生的高溫可將反應物中易揮發(fā)的雜質(zhì)予以氣化并自反應物中移除，達到純化的目的?？傻摲椒▽τ阪溳^長的烷基鋁與NH聚合，熱解過程中有大量的c生成，需用H'還原等后續(xù)工序處理操作，過程較繁瑣。目前，應用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的氮化鋁粉末生產(chǎn)方法主要有金屬鋁直接氮化法、氧化鋁高溫碳熱還原法。其中鋁粉直接氮化法為強放熱反應，反應產(chǎn)物往往需要粉碎處理，而碳熱還原法制備的氮化鋁純度高，粒度細，燒結(jié)和成形性能良好，市場上目前所售氮化鋁粉末約70％為該方法生產(chǎn)。（待續(xù)）
