氮化铝是一种共价键化合物,属于六方晶系,具有纤锌矿型的晶体结构,呈现白色或灰白色。
氮化铝在室温下具有高强度,且随着温度升高,强度下降的速度较慢。它具有良好的导热性和小的热膨胀系数,是一种优秀的耐热冲击材料。此外,氮化铝还具有出色的抗热震性能。相比氧化铝,氮化铝的导热率是其2到3倍,而且在热压过程中,其强度也比氧化铝更高。氮化铝对铝和其他熔融金属、砷化镓等具有良好的耐蚀性,特别是对熔融铝具有极好的耐侵蚀性。此外,氮化铝还具有优异的电绝缘性和介电性能。然而,氮化铝的高温抗氧化性较差,在大气中容易吸潮、水解,并且与湿空气、水或含水液体接触时会产生热和氮气,并迅速分解。它在2516℃时分解,具有很高的热硬度,即使在分解温度之前也不会软化变形。此外,氮化铝和水在室温下也会缓慢反应并发生水解,而与干燥的氧气在800℃以上反应。
1.将氨和铝直接进行氮化反应,然后经过粉碎和分级处理,得到氮化铝粉末。或者将氧化铝和炭充分混合,在电炉中以1700℃还原制得氮化铝。
2.将高纯度铝粉脱脂后,放入镍盘中,然后将盘放入石英或瓷制反应管内,在纯化的氮气流中缓慢加热。当氮化反应在约820℃时发出白光并迅速进行。此时,必须大量通入氮气以防止反应管内产生减压。反应激烈完成后,在氮气流中冷却。由于产物中含有金属铝,可以将其粉碎,并在1100~1200℃的温度下在氮气流中再加热1~2小时,即可得到灰白色的氮化铝。
另外,还可以通过将铝在1200~1400℃下蒸发气化,使其与氮气反应,从而得到氮化铝的须状物(金属晶须)。此外,还可以使用AlCl3·NH3加成物进行热分解制备氮化铝。
3.直接氮化法
将氮和铝直接进行氮化反应,然后经过粉碎和分级处理得到氮化铝。氮化铝的产品质量受到反应炉温、原料预混合、循环氮化铝粉末比例以及氮化铝比表面积等条件的影响。因此,需要严格控制工艺过程,以获得稳定特性的氮化铝粉末(如比表面积、一次粒径、凝聚粒径、松密度和表面特性等)。
1.氮化铝陶瓷是一种高技术新型陶瓷材料。氮化铝基板具有极高的热导率,无毒、耐腐蚀、耐高温,以及良好的热化学稳定性等特点,因此是大规模集成电路、半导体模块电路和大功率器件的理想封装材料、散热材料、电路元件和互连线承载体。此外,氮化铝也是提高高分子材料热导率和力学性能的最佳添加剂。氮化铝陶瓷还可用作熔炼有色金属和半导体材料砷化镓的坩埚、热电偶的保护管、高温绝缘件、微波介电材料、耐高温和耐腐蚀结构陶瓷,以及透明氮化铝微波陶瓷制品等。此外,氮化铝还可用作高导热陶瓷生产原料和树脂填料等。
2.氮化铝可用作高导热陶瓷生产原料、AlN陶瓷基片原料和树脂填料等。
氮化铝应在干燥的保护气体下进行储存,并保持贮藏器密封。将其放入紧密的贮藏器内,储存在阴凉、干燥的地方。