中國粉體網(wǎng)訊 氮化鋁(AlN)具有高熱導、高電阻、低介電損耗、低膨脹以及良好的力學性能等特性，可用作高性能導熱基板和陶瓷封裝材料。AlN陶瓷制品的熱導率與AlN粉體質量密切相關，高質量AlN粉體原料是制備高性能基板的先決條件。
氮化鋁材料性能及其應用領域
AlN粉體主要性能對比
目前高端AlN粉體的制備技術基本被日本、美國、德國等發(fā)達國家壟斷，并進行嚴格技術封鎖，其AlN粉體具有純度高、粒度均勻性好、燒結性能好、收縮一致性好等優(yōu)點，占據(jù)全球90%市場份額，尤其是日本德山、東洋鋁業(yè)等行業(yè)巨頭。
我國2021年的氮化鋁粉體需求量高達4500t，其中高端氮化鋁粉體約1000t，并預計在未來幾年將以超過10%的年增長率持續(xù)增長。然而我國目前僅能制備出中低端氮化鋁粉體，導致國產(chǎn)電子產(chǎn)品所需的高端氮化鋁粉體幾乎全部依賴進口。近幾年，在我國科研工作者的不懈努力和國家政策的引導與支持下，我國氮化鋁粉體制備技術飛速發(fā)展，但與國外高端氮化鋁品質仍存在較大差距，主要體現(xiàn)在粉體純度低、粒徑分布范圍寬，導致制品成瓷溫度窄、熱導率低、收縮率難以控制，無法滿足高性能產(chǎn)品的需求，急需實現(xiàn)高端氮化鋁粉體的國產(chǎn)化研制。
AlN粉體制備方法
目前制備AlN粉體的技術方法主要包括碳熱還原法、直接氮化法、自蔓延高溫合成法、化學氣相沉積法和等離子體合成法。
AlN粉體的主要制備方法和特點
碳熱還原法是目前較為成熟的一種制備AlN粉體的方法，也是目前工業(yè)生產(chǎn)氮化鋁粉體的主要技術方法。該方法典型代表是日本德山曹達和美國DOW公司，他們熟練掌握關鍵技術，基本壟斷整個高端氮化鋁粉體市場并對制備方法及工藝進行嚴格的技術封鎖，鮮有報道。我國中電第43研究所和北京科技大學等相關研究團隊目前基本掌握了碳熱還原法制備氮化鋁粉體的技術方法，在中低端氮化鋁粉體的制備方面具備一定的批量生產(chǎn)能力，尤其是北京科技大學研究團隊成立的廈門鉅瓷科技有限公司已經(jīng)初步具備了生產(chǎn)與國外H級性能相當?shù)牡X粉體的技術能力。另外還有中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司、P.Lefot 等團隊均在碳熱還原法制備AlN粉體的研究方面取得了一定的研究進展。
直接氮化法是目前較為常見的另一種工業(yè)化制備氮化鋁粉體的方法，也是最早被應用于氮化鋁粉體制備的技術方法，具有整個生產(chǎn)過程工藝簡單、不用后期除碳、成本較低等優(yōu)點。目前，日本東洋鋁業(yè)公司和德國Starck公司已掌握該方法，但對技術方法和工藝進行嚴格的技術封鎖。我國北京有色金屬研究院等在直接氮化法制備AlN粉體方面取得了一定的研究進展，能夠制備出中低端AlN粉體。
自蔓延高溫合成法是制備中低端氮化鋁粉體的一種工藝方法，其對鋁粉要求較低，所需設備和操作簡便。目前北京鋼鐵研究總院、施諾瑞新材料公司等亦利用自蔓延高溫合成法制備出中低端AlN粉體。
化學氣相沉積法是一種制備超細、高純度、高粒度一致性的技術方法。雖然易于實現(xiàn)工序連續(xù)化，且可以制備出高純度、高比表面積的氮化鋁粉體，但該方法對設備要求較高、生產(chǎn)效率低，難以實現(xiàn)規(guī)模化的工業(yè)化應用。
等離子體化學合成法是合成納米級氮化鋁粉體的先進工藝，其制備的粉體具有反應速度快、團聚少、粒徑小等優(yōu)勢，被認為是合成納米級氮化鋁粉體的先進工藝方法，也是我國有望在高端氮化鋁粉體制備方面實現(xiàn)“彎道超車”的選擇。
AlN粉體發(fā)展趨勢
氮化鋁粉體制備方法多樣，但現(xiàn)掌握的方法仍存在極大的技術壁壘。未來氮化鋁粉體制備發(fā)展趨勢：
1）優(yōu)化現(xiàn)有工藝方法，提升粉體品質。通過對現(xiàn)有氮化鋁粉體制備方法的深入研究借助模擬仿真軟件，深入研究各種氮化鋁粉體制備方法的制備機理，從而提出優(yōu)化現(xiàn)有制備方法的措施。
2）探索新的制備思路，實現(xiàn)高端氮化鋁粉體國產(chǎn)化制備。
3）還需關注氮化鋁粉的后處理問題：抗水解改性、純化處理、球形整理等。
中國粉體網(wǎng)將于2023年12月20-21日在湖北宜昌舉辦“第六屆新型陶瓷技術與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”，屆時，廈門鉅瓷科技有限公司材料研發(fā)工程師王月隆帶來題為《高品級氮化鋁粉體及其應用》，報告將介紹不同氮化鋁粉體合成方法的特點，以及產(chǎn)業(yè)過程中的問題。
專家簡介
王月隆，博士研究生，1991年生，現(xiàn)任廈門鉅瓷科技有限公司材料研發(fā)工程師，長期從事氮化物陶瓷粉體的制備，其產(chǎn)品應用于陶瓷結構件、陶瓷基板、熒光粉和熱界面材料等。
參考來源：
曹修全等：氮化鋁粉體制備技術研究進展及展望
張爽等：氮化鋁粉體制備國內(nèi)專利技術分析
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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