氮化鋁粉體的表面改性及評價方法

  氮化鋁，化學式為AlN，以[AlN4]四面體為結構單元的共價鍵氮化物，屬六方晶系，具有低分子量、原子間結合力強、晶體結構簡單、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注，只有得到客戶的關注，才能接到更多的訂單。鈞杰陶瓷加工廠：134 128 56568（微信號）

氮化鋁的熱導率數(shù)值及其他應用
  氮化鋁單晶的理論導熱系數(shù)為320W/(m·K)，多晶氮化鋁陶瓷熱導率可達到140-200 W/(m·K)，相當于傳統(tǒng)樹脂基板和氧化鋁陶瓷的10倍左右。此外，AlN具有直接帶隙結構，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，反應式如下圖2，AlN先轉變?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，導致氮化鋁陶瓷熱導率的大幅下降。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)物晶體結構和水解后的氨氣在水中產(chǎn)生的NH4+和OH-導致溶液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，作為氮化鋁新的應用領域，例如導熱塑料、導熱膠等，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有很多，基本原理為對粉體表面進行相應的物理吸附或化學處理，在AlN顆粒包覆或形成較薄反應層，阻止AlN粉末與水的水解反應。主要方法有包覆改性法、表面化學改性法、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，達到對粉體改性的效果，但不同改性劑的化學結構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，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。