中国粉体网讯  氮化铝(AlN)作为一种性能优异的陶瓷材料及第三代半导体材料，近年来国内外研究者对其应用领域的研究越来越深入。

要获得性能优异的AlN陶瓷材料，首先必须制备出高纯度、小粒度、窄粒度分布、性能稳定的AlN粉体。

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合成方法简述

目前制备AlN粉体的主要方法有：直接氮化法、Al₂O₃碳热还原法、自蔓延燃烧法、等离子体合成法、气溶胶法等。

其中前2种方法已适用于大规模工业生产。直接氮化法工艺简单，能在较低的温度下进行合成，但是该方法合成AlN时，Al粉转化率较低，易产生团聚，产品质量差，反应过程难以控制。

碳热还原法原料来源广，成本低(可以用比氧化铝成本更低的铝土矿作原料)，工艺过程简单，合成的产品具有粒度分布均匀，纯度高，不易团聚，易于烧结的特点，并且能大批量生产，是一种较理想的工业化生产AlN粉末的方法。但过量碳粉必须在反应完全之后于600～900℃的干燥空气中进行脱碳处理，增加了生产的成本。

等离子体合成法、气溶胶法在一定程度上可以得到性能优良的粉体，但它只适用于实验室的小规模生产。

自蔓延燃烧法在合成难熔材料方面具有合成时间短、能耗低、产品纯度高的优点；在提高氮化速度、Al粉的转化率方面也有显著作用。下面我们来重点了解一下自蔓延燃烧法制备氮化铝。

什么是自蔓延燃烧法？

自蔓延燃烧法(简称SHS)是利用原始化学反应原料自身燃烧反应放出的热量使化学反应过程自发持续进行，以获得具有指定成分与结构产物的一种新型材料合成手段。

以制备AlN为例，就是利用铝粉氮化反应时燃烧释放的热量使反应过程持续自发进行，以获得高纯度AlN粉体。其反应过程如下：

2Al+N₂=2AlN

该法的本质与Al粉直接氮化法相同，但该法不需要在高于1000℃的高温下长时间对铝粉进行氮化，除引燃外无需外部热源。

自蔓延燃烧法优缺点

优点：

可快速并大量生产，成本低廉；制备过程与设备简单，能耗低，节能环保；伴随燃烧所产生的高温可将反应物中易挥发的杂质气化并从反应物中移除；可合成各种不同形状结构的产品，如多孔块状物、致密粉体等；可进行适当设计（依不同需求）并与其它制备过程相结合，制备过程的设计空间相当大。

缺点：

一方面由于反应迅速，故反应过程不易控制；另一方面该法制备的AlN粉体粒径大，纯度低，制作的AlN陶瓷热导率偏低，常作为钢铁、橡胶和塑料等行业的添加剂。

自蔓延燃烧法的优化

采用自蔓延燃烧法合成氮化铝的首要问题是：如何降低制备过程中氮气压力和燃烧温度并抑制因反应过快而导致的结块现象。

近来，主要解决办法是加入适当的烧结助剂来获得一次性均匀、分散的疏松粉体，来避免杂质的引入和成本升高。有研究者认为有效的烧结助剂应该满足以下4个原则：

1、和AlN颗粒表面Al₂O₃反应生成的化合物的液化温度应该低于1600℃；

2、在烧结过程中不要诱发AlN的分解和氧化；

3、应该能以晶界析出Al₂O₃化合物的形式降低AlN晶格中的氧；

4、形成的Al₂O₃化合物应该有不亚于AlN的导热性，或者该化合物在晶界的含量要足够低。

通过自蔓延燃烧法制备AlN陶瓷粉体的研究方兴未艾，如果能在低温低氮气压力条件下合成纳米粉体，将会大大提高其烧结性能，应用前景将更为广阔。

由于氮化铝具备优异的性能，使其近些年来受到了极大的关注。尤其是随着5G时代的到来，氮化铝更是成为一种战略性新材料。然而，我国目前高性能的氮化铝粉基本依赖进口，不仅价格高昂，而且存在原材料断供的风险，因此，研究氮化铝粉体制备技术，实现高性能氮化铝制造技术的国产化，成为当务之急。

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（中国粉体网编辑整理/山川）

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