特陶之家tetaohome概要：氮化鋁，共價鍵化合物，化學式為AIN，是原子晶體，屬類金剛石氮化物、六方晶系，纖鋅礦型的晶體結構，無毒，呈白色或灰白色。
知識點名稱：氮化鋁
關鍵詞：氮化鋁,
相關概念和介紹：
氮化鋁是一種綜合性能優良的陶瓷材料，對其研究可以追溯到一百多年前，它是由F.Birgeler和A.Geuhter在1862年發現的，并于1877年由J.W.MalletS首次合成了氮化鋁。氮化鋁(AlN)是一種六方纖鋅礦結構的共價鍵化合物，晶格參數為a=3.114，c=4.986。純氮化鋁呈藍白色，通常為灰色或灰白色，是典型的III-Ⅴ族寬禁帶半導體材料。
在氮化鋁一系列重要的性質中，最為顯著的是高的熱導率。關于氮化鋁的導熱機理，國內外已做了大量的研究，并已形成了較為完善的理論體系。主要機理為：通過點陣或晶格振動，即借助晶格波或熱波進行熱的傳遞。量子力學的研究結果告訴我們，晶格波可以作為一種粒子——聲子的運動來處理。熱波同樣具有波粒二象性。載熱聲子通過結構基元(原子、離子或分子)間進行相互制約、相互協調的振動來實現熱的傳遞。如果晶體為具有完全理想結構的非彈性體，則熱可以自由的由晶體的熱端不受任何干擾和散射向冷端傳遞，熱導率可以達到很高的數值。其熱導率主要由晶體缺陷和聲子自身對聲子散射控制。
理論上AlN熱導率可達320W·m-1·K-1，但由于AlN中的雜質和缺陷造成實際產品的熱導率還不到200W·m-1·K-1。這主要是由于晶體內的結構基元都不可能有完全嚴格的均勻分布，總是存在稀疏稠密的不同區域，所以載流聲子在傳播過程中，總會受到干擾和散射。
AlN最高可穩定到2200℃。室溫強度高，且強度隨溫度的升高下降較慢。導熱性好，熱膨脹系數小，是良好的耐熱沖擊材料?？谷廴诮饘偾治g的能力強，是熔鑄純鐵、鋁或鋁合金理想的坩堝材料。氮化鋁還是電絕緣體，介電性能良好，用作電器元件也很有希望。砷化鎵表面的氮化鋁涂層，能保護它在退火時免受離子的注入。氮化鋁還是由六方氮化硼轉變為立方氮化硼的催化劑。室溫下與水緩慢反應.可由鋁粉在氨或氮氣氛中800~1000℃合成，產物為白色到灰藍色粉末?；蛴葾l2O3-C-N2體系在1600~1750℃反應合成，產物為灰白色粉末?；蚵然X與氨經氣相反應制得.涂層可由AlCl3-NH3體系通過氣相沉積法合成。
氮化鋁于1877年首次合成。至1980年代，因氮化鋁是一種陶瓷絕緣體(聚晶體物料為 70-210 W?m?1?K?1，而單晶體更可高達 275 W?m?1?K?1 )，使氮化鋁有較高的傳熱能力，至使氮化鋁被大量應用于微電子學。與氧化鈹不同的是氮化鋁無毒。氮化鋁用金屬處理，能取代礬土及氧化鈹用于大量電子儀器。氮化鋁可通過氧化鋁和碳的還原作用或直接氮化金屬鋁來制備。氮化鋁是一種以共價鍵相連的物質，它有六角晶體結構，與硫化鋅、纖維鋅礦同形。此結構的空間組為P63mc。要以熱壓及焊接式才可制造出工業級的物料。物質在惰性的高溫環境中非常穩定。在空氣中，溫度高于700℃時，物質表面會發生氧化作用。在室溫下，物質表面仍能探測到5-10納米厚的氧化物薄膜。直至1370℃，氧化物薄膜仍可保護物質。但當溫度高于1370℃時，便會發生大量氧化作用。直至980℃，氮化鋁在氫氣及二氧化碳中仍相當穩定。礦物酸通過侵襲粒狀物質的界限使它慢慢溶解，而強堿則通過侵襲粒狀氮化鋁使它溶解。物質在水中會慢慢水解。氮化鋁可以抵抗大部分融解的鹽的侵襲，包括氯化物及冰晶石〔即六氟鋁酸鈉〕。
氮化鋁粉體的制備方法
氮化鋁粉體的制備工藝主要有直接氮化法和碳熱還原法，此外還有自蔓延合成法、高能球磨法、原位自反應合成法、等離子化學合成法及化學氣相沉淀法等。
1、直接氮化法：直接氮化法就是在高溫的氮氣氣氛中，鋁粉直接與氮氣化合生成氮化鋁粉體，其化學反應式為2Al(s)+N2(g)→2AlN(s)，反應溫度在800℃-1200℃。
2、碳熱還原法：碳熱還原法就是將混合均勻的Al2O3和C在N2氣氛中加熱，首先Al2O3被還原，所得產物Al再與N2反應生成AlN，其化學反應式為：Al2O3(s)+3C(s)+N2(g)→2AlN(s)+3CO(g)
3、高能球磨法：高能球磨法是指在氮氣或氨氣氣氛下，利用球磨機的轉動或振動，使硬質球對氧化鋁或鋁粉等原料進行強烈的撞擊、研磨和攪拌，從而直接氮化生成氮化鋁粉體的方法。
4、高溫自蔓延合成法：高溫自蔓延合成法是直接氮化法的衍生方法，它是將Al粉在高壓氮氣中點燃后，利用Al和N2反應產生的熱量使反應自動維持，直到反應完全，其化學反應式為：2Al(s)+N2(g)→2AlN(s)
5、原位自反應合成法：原位自反應合成法的原理與直接氮化法的原理基本類同，以鋁及其它金屬形成的合金為原料，合金中其它金屬先在高溫下熔出，與氮氣發生反應生成金屬氮化物，繼而金屬Al取代氮化物的金屬，生產AlN。
6、等離子化學合成法：等離子化學合成法是使用直流電弧等離子發生器或高頻等離子發生器，將Al粉輸送到等離子火焰區內，在火焰高溫區內，粉末立即融化揮發，與氮離子迅速化合而成為AlN粉體。
7、化學氣相沉淀法：它是在遠高于理論反應溫度，使反應產物蒸氣形成很高的過飽和蒸氣壓，導致其自動凝聚成晶核，而后聚集成顆粒。
特性
(1)熱導率高(約320W/m·K)，接近BeO和SiC，是Al2O3的5倍以上；
(2)熱膨脹系數(4.5×10-6℃)與Si(3.5~4×10-6℃)和GaAs(6×10-6℃)匹配；
(3)各種電性能(介電常數、介質損耗、體電阻率、介電強度)優良；
(4)機械性能好，抗折強度高于Al2O3和BeO陶瓷，可以常壓燒結；
(5)純度高；
(6)光傳輸特性好；
(7)無毒；
(8)可采用流延工藝制作。是一種很有前途的高功率集成電路基片和包裝材料。
應用:
由于氮化鋁壓電效應的特性，氮化鋁晶體的外延性伸展也用於表面聲學波的探測器。而探測器則會放置於矽晶圓上。只有非常少的地方能可靠地制造這些細的薄膜。利用氮化鋁陶瓷具有較高的室溫和高溫強度，膨脹系數小，導熱性好的特性，可以用作高溫結構件熱交換器材料等。利用氮化鋁陶瓷能耐鐵、鋁等金屬和合金的溶蝕性能，可用作Al、Cu、Ag、Pb等金屬熔煉的坩堝和澆鑄模具材料。
氮化鋁具備高電阻率，高熱導率(為Al2O3的8-10倍)，與硅相近的低膨脹系數，是高溫和高功率的電子器件的理想材料?？梢詰糜冢弘娮臃庋b基片材料；應用于發光材料；應用于襯底材料；應用于陶瓷及耐火材料；復合材料（如環氧樹脂/AlN復合材料作為封裝材料）等。
信息來源：
（以上信息來源或部分來源于以下文獻或網絡鏈接，若有侵權請及時告知以便刪除）
延伸閱讀：
您好！請登錄