氮化鋁粉體的表面改性及評價方法

  氮化鋁，化學(xué)式為AlN，以[AlN4]四面體為結(jié)構(gòu)單元的共價鍵氮化物，屬六方晶系，具有低分子量、原子間結(jié)合力強、晶體結(jié)構(gòu)簡單、晶格振蕩協(xié)調(diào)性高等特點。因其特有的晶格參數(shù)決定了其具有高的導(dǎo)熱率、高強度，高體積電阻率、高絕緣耐壓、低介電損耗、熱膨脹系數(shù)與硅匹配等優(yōu)良特性，使其在高導(dǎo)熱陶瓷電子基板材料及封裝材料得到“重用”，說它為最理想的電子基板材料也不為過。鈞杰陶瓷做為氮化鋁陶瓷加工廠，在這類材料加工上是有一定的豐富經(jīng)驗的，公司還擁有自己的研究團隊，專門研發(fā)新型的產(chǎn)品和新型的加工工藝。鈞杰陶瓷高度重視產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)品的需求量以及良好的服務(wù)態(tài)度。只有保持好質(zhì)量好態(tài)度才能吸引到更多客戶的關(guān)注，只有得到客戶的關(guān)注，才能接到更多的訂單。鈞杰陶瓷加工廠：134 128 56568（微信號）

氮化鋁的熱導(dǎo)率數(shù)值及其他應(yīng)用
  氮化鋁單晶的理論導(dǎo)熱系數(shù)為320W/(m·K)，多晶氮化鋁陶瓷熱導(dǎo)率可達(dá)到140-200 W/(m·K)，相當(dāng)于傳統(tǒng)樹脂基板和氧化鋁陶瓷的10倍左右。此外，AlN具有直接帶隙結(jié)構(gòu)，理論上可實現(xiàn)從深紫外到深紅外所有波段的發(fā)光，是現(xiàn)在GaN基發(fā)光二極管、場效應(yīng)管等不可或缺的材料。

為什要對氮化鋁粉體進行改性？
  氮化鋁粉末表面極為活潑，易與空氣中的水汽反應(yīng)，反應(yīng)式如下圖2，AlN先轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷lOOH相，而后在一定的溫度、pH值和離子活度條件下可能轉(zhuǎn)變?yōu)锳l(OH)3，在粉末表面可能包覆為Al(OH)3或AlOOH（鋁水合物）薄膜，同時氧含量的增加，導(dǎo)致氮化鋁陶瓷熱導(dǎo)率的大幅下降。因氮化鋁這個特性，給其存儲、運輸及后期工藝等帶來了一定的困難。

氮化鋁粉體的制備方法
  高純度、細(xì)粒度、窄粒度分度的AlN粉末制備方法主要有鋁粉直接氮化法、氧化鋁碳熱還原法、自蔓延高溫合成法、化學(xué)氣相沉積法、高能球磨法等，工業(yè)上主要采用前兩種制備氮化鋁材料，其他的主要為實驗研究。

氮化鋁粉末水解程度確定方法
  AlN粉末水解程度可通過XRD分析物相變化、SEM觀察水解前后AlN粉末顆粒形、TEM分析產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)和水解后的氨氣在水中產(chǎn)生的NH4+和OH-導(dǎo)致溶液pH值變化來確定。

  此外，“陶瓷基板之王”氮化鋁目前的主要成型方法是流延成型法，該法具有生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低的特點，但AlN粉末的易水解性嚴(yán)重阻礙了AlN陶瓷水基流延成型工藝的發(fā)展，而利用傳統(tǒng)的非水基流延成型工藝成本高，試樣均勻性差，且揮發(fā)的有機物造成環(huán)境污染。

  另外，作為氮化鋁新的應(yīng)用領(lǐng)域，例如導(dǎo)熱塑料、導(dǎo)熱膠等，也需要氮化鋁粉末具有較好的抗水解性能以及與有機物的相容性，較小的界面熱阻等。

  因此，如何提高AlN粉末的抗水解能力和穩(wěn)定性，對AlN粉末的表面改性的研究成為熱點課題。下文將為簡單解析氮化鋁的表面改性方法。

氮化鋁的表面改性方法
  AlN粉體的表面改性技術(shù)有很多，基本原理為對粉體表面進行相應(yīng)的物理吸附或化學(xué)處理，在AlN顆粒包覆或形成較薄反應(yīng)層，阻止AlN粉末與水的水解反應(yīng)。主要方法有包覆改性法、表面化學(xué)改性法、熱處理法等等。

  影響AlN粉體表面改性效果的因素有很多，比如溫度、時間、改性劑用量等。改性劑都是通過與納米粉體表面基團作用，達(dá)到對粉體改性的效果，但不同改性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及鏈段的長短都可能影響著納米粉體在聚合物基質(zhì)中的分散情況；改性劑分子量的大小對粉體表面改性有很大影響。分子量太小，包覆層厚度會比較薄，不能產(chǎn)生足夠空間位阻，改性后粉體分散性不夠好；而分子量大的改性劑改性，能夠在表層形成較厚的覆蓋層，分子鏈與有機物基質(zhì)能很好的相容，當(dāng)使用硅烷類偶聯(lián)劑對AlN粉體表面進行修飾時，為了提高對粉體表面的修飾效果，會加入少量的無水乙醇等溶劑來加快偶聯(lián)劑與粉體發(fā)生反應(yīng)，但是若加入溶劑不同時，這有可能夠使AlN粉體與偶聯(lián)劑之間的相互作用發(fā)生變化。