氮化铝于1877年合成。至1980年代,因氮化铝是一种陶瓷绝缘体(聚晶体物料为 70-210 W‧m−1‧K−1,而单晶体更可高达 275 W‧m−1‧K−1 ),使氮化铝有较高的传热能力,至使氮化铝被大量应用于微电子学。与氧化铍不同的是氮化铝无毒。氮化铝用金属处理,能取代矾土及氧化铍用于大量电子仪器。氮化铝可通过氧化铝和碳的还原作用或直接氮化金属铝来制备。氮化铝是一种以共价键相连的物质,它有六角晶体结构,与硫化锌、纤维锌矿同形。此结构的空间组为P63mc。要以热压及焊接式才可制造出工业级的物料。物质在惰性的高温环境中非常稳定。在空气中,温度高于700℃时,物质表面会发生氧化作用。在室温下,物质表面仍能探测到5-10纳米厚的氧化物薄膜。直至1370℃,氧化物薄膜仍可保护物质。但当温度高于1370℃时,便会发生大量氧化作用。直至980℃,氮化铝在氢气及二氧化碳中仍相当稳定。矿物酸通过侵袭粒状物质的界限使它慢慢溶解,而强碱则通过侵袭粒状氮化铝使它溶解。物质在水中会慢慢水解。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(AIN)是AI-N二元系中稳定的相,它具有共价键、六方纤锌矿结构。衢州导热氮化硼多少钱
氮化铝是氮和铝的化合物,化学式为AIN,六方晶系。颜色淡蓝或绿色。莫氏硬度5。理论密度3.26g/cm²。升华分解温度2450C,导热系数高(0.072cal/(cm·C))膨胀系数6.09×10~/C,抗热震性能好,能耐2200~20℃的急冷急热。AIN在800C可能被氧化,因而作耐火材料时需加注意,但在1300C左右具有较好的抗氧化性能。温度更高,因氧化物保护层开裂破坏,氧化加速。AIN不易被液体铜、铝、铅润湿。它与AI2O2非常相容,在1600C下可形成y一氧氮化铝(y-AION)。y-AION即Sialon(塞隆),化学式3AIN·7ALO2。7-AION的机械性质与AIN相近,而抗化学侵蚀性能比AIN更好,可制造AIN基耐火材料。”-AION抗热震性优于ALO3和MgO等氧化物耐火材料而其抗腐蚀性又优于SiC和Si,N,等非氧化物耐火材料。AIN容易水解。介电常数8.5.电阻率2×10"Q-cm,是良好的电绝缘体。作为耐火材料领域的应用,可用AIN质堆塌拉制四、N族元素单晶,还可用AIN制砖砌筑金属精炼炉内衬,以及用AIN制造金属熔池用的浸入式热电偶套管。苏州高导热氮化铝品牌氮化铝有较高的传热能力,至使氮化铝被大量应用于微电子学。
氮化铝陶瓷微观结构对热导率的影响:在实际应用中,常在AlN中加入各种烧结助剂来降低AlN陶瓷的烧结温度,与此同时在氮化铝晶格中也引入了第二相,致使热传导过程中声子发生散射导致热导率下降。添加烧结助剂引入的第二相会出现几种情况:从分布形式来看,可分为孤岛状和连续分布在晶界处;从分布位置来看,可分为分布在晶界三角处和晶界其他处。连续分布的晶粒可为声子提供了更直接的通道,直接接触AlN晶粒比孤立分布的AlN晶粒具有更高的热导率,所以第二相是连续分布的更好;分布于晶界三角处的AlN陶瓷在热传导过程中产生的干扰散射较少,而且能够使AlN晶粒间保持接触,故而第二相分布在晶界三角处更好。此外,晶界相若分布不均匀,会导致大量的气孔存在,阻碍声子的散射,导致AlN的热导率下降,晶界含量、晶界大小以及气孔率对热导率的表现也有一定的影响。因此,在AlN陶瓷的烧结过程中,可以通过改善烧结工艺的途径,如提高烧结温度、延长保温时间、热处理等,改善晶体内部缺陷,尽可能使第二相连续分布以及位于三叉晶界处,从而提高氮化铝陶瓷的热导率。
氧杂质对热导率的影响:AIN极易发生水解和氧化,使氮化铝表面发生氧化,导致氧固溶入AIN晶格中形成铝空位缺陷,这样就会导致声子散射增加,平均自由程降低,热导率也随之降低。因此,为了提高热导率,加入合适的烧结助剂来除去晶格中的氧杂质是一种有效的办法。氮化铝陶瓷的烧结的关键控制要素:AlN是共价化合物,原子的自扩散系数小,键能强,导致很难烧结致密,其熔点高达3000℃以上,烧结温度更是高达1900℃以上,如此高的烧结温度严重制约了氮化铝在工业上的实际应用。此外,AlN表层的氧杂质是在高温下才开始向其晶格内部扩散的,因此低温烧结还有另外一个作用,即延缓烧结时表层的氧杂质向AlN晶格内部扩散,减少晶格内的氧杂质,因此制备高热导率的AlN陶瓷材料,低温烧结技术的研究势在必行。目前工业上,氮化铝陶瓷的烧结有多种方式,可以根据实际需求,采取不同的烧结方法来获得致密的陶瓷体,无论用什么烧结方式,细化氮化铝原始粉料以及添加适宜的低温烧结助剂能够有效降低氮化铝陶瓷的烧结温度。氮化铝的电阻率较高,热膨胀系数低,硬度高,化学稳定性好但与一般绝缘体不同。
生产方法:将氨和铝直接进行氮化反应,经粉碎、分级制得氮化铝粉末。或者将氧化铝和炭充分混合,在电炉中于1700℃还原制得氮化铝。将高纯度铝粉脱脂(用抽提或在氮气流中加热到150℃)后,放到镍盘中,将盘放在石英或瓷制反应管内,在提纯的氮气流中慢慢地进行加热。氮化反应在820℃左右时发出白光迅速地进行。此时,必须大量通氮以防止反应管内出现减压。这个激烈的反应完毕后,在氮气流中冷却。由于产物内包有金属铝,可将其粉碎,并在氮气流中于1100~1200℃温度下再加热1~2h,即得到灰白色氮化铝。另外,将铝在1200~1400℃下蒸发气化,使其与氮气反应即得到氮化铝的须状物(金属晶须)。此外,也有将AlCl3·NH3加成物进行热分解的制法。直接氮化法:将氮和铝直接进行氮化反应,经粉碎、分级制得。氮化铝产品质量受反应炉温、原料的预混合以及循环氮化铝粉末所占的混合比例、氮化铝比表面积等条件的影响。因此需严格控制工艺过程,得到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)。氮化铝粉末纯度高,粒径小,活性大,是制造高导热氮化铝陶瓷基片的主要原料。丽水片状氮化铝粉体哪家好
利用AIN陶瓷耐热耐熔体光学性能可作红外线窗口。衢州导热氮化硼多少钱
提高氮化铝陶瓷热导率的途径:加入适当的烧结助剂,引入添加剂主要有两方面的作用:促进氮化铝陶瓷致密化。氮化铝是共价化合物,具有熔点高、自扩散系数小的特点,一般难以烧结致密,使用添加剂可以在较低温度产生液相,润湿晶粒,从而达到致密化。净化晶格。氮化铝低氧有很强的亲和力,晶格中经常固溶了氧,产生铝空位,降低了声子的平均自由程,热导率也因此降低。合适的添加剂可以有效与晶格中氧反应生成第二相,净化晶格,提高热导率。大量的研究表明,稀土金属氧化物和氟化物、碱土金属氧化物和氟化物等均可以作为助烧剂提高氮化铝的热导率。但添加剂的量应适当,过多会增加杂质含量,从而影响热导率;过少又起不到烧结助剂的作用。复合助剂比单一的添加剂能更有效的提高热导率,同时还能降低烧结温度。衢州导热氮化硼多少钱