氮化铝陶瓷的介绍及应用

1. 介绍

氮化铝陶瓷是以氮化铝为主晶相的陶瓷。它是一种共价键化合物，属于六方晶系，具有纤丝型晶体结构，呈白色或灰白色。

2. 氮化铝陶瓷制造工艺

(1) 氮化铝粉末的制造

① 铝与氮（或氨）直接反应法

此法工业上常用，但反应前应先用铝粉处理，除去氧化膜，温度为500~600℃℃。由于未反应的铝粉容易凝集，为此掺入少量的CaF2或NaF，作为催化剂，可以防止铝的凝集。

②塞尔佩克

使用Al2O3和C粉的混合物在N2或NH3气体中加热进行反应。

③卤化铝（AlCl3、AlBr3等）与氨反应法。

④铝粉与有机氮化合物（二氰二胺或蜜酰胺）反应方法

⑤超细AlN粉体的制备方法

在电弧等离子体中蒸发铝粉，与氮气反应生成AlN，可制备超细粉末。另外，将铝在低压N2或NH3中用电子束加热，蒸发并与氮气反应，制备超细粉末。受热分解生成(NH4)3AIF6、AlCl3。 NH3的热分解、Al与NH3的反应合成等制备AlN粉末。

(2) 生产

氮化铝陶瓷的制造方法有热压烧结法、常压烧结法和反应烧结法等，通常采用前两种，因为AlN会水解，所以不能采用注浆成型，可以采用模压、等静压成型AlN粉末造粒时，采用聚乙烯醇（PVA）作为粘合剂，因为PVA不溶于无水乙醇。

热压烧结工艺是在1800~2000℃的高温下，一侧加热，另一侧加压，可添加或不添加Al203、MgO、SiO2添加剂。

常压烧结工艺是在1800~1900℃的高温下，添加添加剂Y2O3、Al2O3、SiO2、Be0、CaO等。

3. 性能与使用

氮化铝陶瓷熔点高，达2450℃，在2000℃以内的高温非氧化气氛中稳定性好，导热系数高，是氧化铝陶瓷的10倍。与氧化铍陶瓷相似，其热膨胀系数与硅相似，电绝缘电阻高，介电常数优良和介电损耗低，机械性能好，耐腐蚀，透光性强。

此外，氮化铝还具有不被熔融铝等熔融金属和砷化镓侵蚀的特点，特别是对熔融铝液具有优异的耐侵蚀性。但AIN陶瓷的高温（>800℃）抗氧化性能较差，在大气中易吸潮、水解，应引起人们的重视。

使用氮化铝陶瓷具有常温和高温强度高、膨胀系数小、导热性能好的特点，可用作高温元件、热交换器材料等。

具有抵抗铁、铝等金属和合金的溶解性能，可用作熔炼Al、Cu、Ag、Pb等金属的坩埚和铸造模具材料。

在特殊气氛下（2000℃左右）具有优异的耐高温性能，可作为无氧化电炉的炉体材料。

氮化铝陶瓷具有高导热率和高绝缘电阻的特点，可用作散热器和半导体的绝缘基板。氮化铝薄膜可制成高频压电元件，超大规模集成电路基板是氮化铝陶瓷最重要的用途之一。

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