氮化铝粉体的表面改性及评价方法

  氮化铝，化学式为AlN，以[AlN4]四面体为结构单元的共价键氮化物，属六方晶系，具有低分子量、原子间结合力强、晶体结构简单、晶格振荡协调性高等特点。因其特有的晶格参数决定了其具有高的导热率、高强度，高体积电阻率、高绝缘耐压、低介电损耗、热膨胀系数与硅匹配等优良特性，使其在高导热陶瓷电子基板材料及封装材料得到“重用”，说它为最理想的电子基板材料也不为过。钧杰陶瓷做为氮化铝陶瓷加工厂，在这类材料加工上是有一定的丰富经验的，公司还拥有自己的研究团队，专门研发新型的产品和新型的加工工艺。钧杰陶瓷高度重视产品的质量、产品的需求量以及良好的服务态度。只有保持好质量好态度才能吸引到更多客户的关注，只有得到客户的关注，才能接到更多的订单。钧杰陶瓷加工厂：134 128 56568（微信号）

氮化铝的热导率数值及其他应用
  氮化铝单晶的理论导热系数为320W/(m·K)，多晶氮化铝陶瓷热导率可达到140-200 W/(m·K)，相当于传统树脂基板和氧化铝陶瓷的10倍左右。此外，AlN具有直接带隙结构，理论上可实现从深紫外到深红外所有波段的发光，是现在GaN基发光二极管、场效应管等不可或缺的材料。

为什要对氮化铝粉体进行改性？
  氮化铝粉末表面极为活泼，易与空气中的水汽反应，反应式如下图2，AlN先转变为非晶AlOOH相，而后在一定的温度、pH值和离子活度条件下可能转变为Al(OH)3，在粉末表面可能包覆为Al(OH)3或AlOOH（铝水合物）薄膜，同时氧含量的增加，导致氮化铝陶瓷热导率的大幅下降。因氮化铝这个特性，给其存储、运输及后期工艺等带来了一定的困难。

氮化铝粉体的制备方法
  高纯度、细粒度、窄粒度分度的AlN粉末制备方法主要有铝粉直接氮化法、氧化铝碳热还原法、自蔓延高温合成法、化学气相沉积法、高能球磨法等，工业上主要采用前两种制备氮化铝材料，其他的主要为实验研究。

氮化铝粉末水解程度确定方法
  AlN粉末水解程度可通过XRD分析物相变化、SEM观察水解前后AlN粉末颗粒形、TEM分析产物晶体结构和水解后的氨气在水中产生的NH4+和OH-导致溶液pH值变化来确定。

  此外，“陶瓷基板之王”氮化铝目前的主要成型方法是流延成型法，该法具有生产效率高，生产成本低的特点，但AlN粉末的易水解性严重阻碍了AlN陶瓷水基流延成型工艺的发展，而利用传统的非水基流延成型工艺成本高，试样均匀性差，且挥发的有机物造成环境污染。

  另外，作为氮化铝新的应用领域，例如导热塑料、导热胶等，也需要氮化铝粉末具有较好的抗水解性能以及与有机物的相容性，较小的界面热阻等。

  因此，如何提高AlN粉末的抗水解能力和稳定性，对AlN粉末的表面改性的研究成为热点课题。下文将为简单解析氮化铝的表面改性方法。

氮化铝的表面改性方法
  AlN粉体的表面改性技术有很多，基本原理为对粉体表面进行相应的物理吸附或化学处理，在AlN颗粒包覆或形成较薄反应层，阻止AlN粉末与水的水解反应。主要方法有包覆改性法、表面化学改性法、热处理法等等。

  影响AlN粉体表面改性效果的因素有很多，比如温度、时间、改性剂用量等。改性剂都是通过与纳米粉体表面基团作用，达到对粉体改性的效果，但不同改性剂的化学结构以及链段的长短都可能影响着纳米粉体在聚合物基质中的分散情况；改性剂分子量的大小对粉体表面改性有很大影响。分子量太小，包覆层厚度会比较薄，不能产生足够空间位阻，改性后粉体分散性不够好；而分子量大的改性剂改性，能够在表层形成较厚的覆盖层，分子链与有机物基质能很好的相容，当使用硅烷类偶联剂对AlN粉体表面进行修饰时，为了提高对粉体表面的修饰效果，会加入少量的无水乙醇等溶剂来加快偶联剂与粉体发生反应，但是若加入溶剂不同时，这有可能够使AlN粉体与偶联剂之间的相互作用发生变化。