中國(guó)粉體網(wǎng)訊 在5G、AI、新能源汽車(chē)等技術(shù)的推動(dòng)下，電子設(shè)備的功率密度和集成度不斷攀升，散熱問(wèn)題已成為制約性能的“隱形殺手”。而在這場(chǎng)散熱戰(zhàn)役中，氮化鋁（AlN）憑借其理論熱導(dǎo)率高達(dá)320W/(m·K)的卓越性能脫穎而出，成為電子封裝、半導(dǎo)體基板等領(lǐng)域的“超級(jí)材料”。
然而，它的產(chǎn)業(yè)化之路卻因兩大難題而坎坷：生產(chǎn)純度不足與易水解特性。
氮化鋁粉末 圖源：福建臻璟
氮化鋁粉體的制備方法
AlN粉體的性能直接決定了最終產(chǎn)品的導(dǎo)熱效率。目前制備AlN粉體的技術(shù)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(xué)氣相沉積法和等離子體合成法。
1.碳熱還原法
碳熱還原法是目前較成熟的一種制備AlN粉體的方法。它是以超細(xì)的氧化鋁粉末和過(guò)量的高純度碳粉為原料，經(jīng)過(guò)球磨混合均勻后，在氮?dú)夥諊�，利用碳粉�?500~2000℃的高溫下還原氧化鋁，然后利用被還原出的鋁粉與高溫下的氮?dú)獍l(fā)生氮化反應(yīng)從而生成氮化鋁粉末。
2.直接氮化法
直接氮化法是目前較為常見(jiàn)的另一種工業(yè)化制備氮化鋁粉體的方法。它是在持續(xù)流動(dòng)的N2或氨氣氛圍下，利用900~1300℃的高溫促使鋁粉與N2或NH3按照相關(guān)化學(xué)反應(yīng)生成氮化鋁粉體。
3.自蔓延高溫合成法
自蔓延高溫合成法是制備中低端的氮化鋁粉體一種工藝方法，它是利用鋁粉氮化反應(yīng)時(shí)本身釋放的熱量提供能量，使反應(yīng)在一定條件下自發(fā)持續(xù)進(jìn)行，從而制備出氮化鋁粉體的技術(shù)方法。
4.化學(xué)氣相沉積法
化學(xué)氣相沉積是一種制備超細(xì)、高純度、高粒度一致性的技術(shù)方法。它的核心是在氣態(tài)條件下，將鋁的揮發(fā)性化合物帶入氨或氮氛圍下而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從氣相中沉積氮化鋁粉體。
5.等離子體化學(xué)合成法
等離子體化學(xué)合成法是合成納米級(jí)氮化鋁粉體的先進(jìn)工藝，其原理是利用載氣送粉或重力送粉將鋁粉送入直流電弧等離子發(fā)生器或高頻等離子發(fā)生器產(chǎn)生的等離子體束流中，在等離子體的高溫作用下迅速升溫、熔化、氣化并與等離子體態(tài)氮離子化合生成氮化鋁粉體。
AlN粉體的主要制備方法及特點(diǎn)
氮化鋁粉體制備方法多樣，但現(xiàn)有方向仍存在較高的技術(shù)壁壘。目前，高端氮化鋁粉體的制備方法已被日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷。雖然我國(guó)氮化鋁粉體制備技術(shù)在近幾年得以飛速發(fā)展，但與國(guó)外相比仍存在巨大差距，急需探索新的工藝方法或原理實(shí)現(xiàn)高端氮化鋁粉體的國(guó)產(chǎn)化制備，從而擺脫高端氮化鋁粉體制備的“卡脖子”局面。
無(wú)機(jī)防水技術(shù)
氮化鋁雖強(qiáng)，卻有一個(gè)致命缺陷——遇水即“崩”。AlN粉體的表面極為活潑，會(huì)與空氣中的水蒸氣發(fā)生水解反應(yīng)，生成氫氧化鋁和氨氣，使其表面包覆上一層氫氧化鋁薄膜，導(dǎo)致導(dǎo)熱通路中斷降低復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，并且其大含量填充會(huì)使聚合物粘度大大提高，不利于成型加工，若直接遇水，AlN粉體水解會(huì)更加嚴(yán)重。
近年來(lái)很多研究者通過(guò)對(duì)AlN粉開(kāi)展表面改性研究來(lái)提高其抗水解性能。目前，通過(guò)表面改性提高AlN粉的抗水解性能，有效途徑大致可分為三大類(lèi)：熱處理法、無(wú)機(jī)酸（+無(wú)機(jī)鹽）包裹法、有機(jī)酸（+有機(jī)物）包裹法。
福建臻璟新材料科技有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)福建臻璟）是一家全國(guó)領(lǐng)先的第三代半導(dǎo)體氮化物材料供應(yīng)商及熱管理方案解決企業(yè)。公司主營(yíng)產(chǎn)品包括氮化硅陶瓷基板、氮化鋁陶瓷基板、高純氮化鋁粉、氮化鋁造粒粉/單晶填料粉/單晶球形填料粉/球型填料粉等；產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于芯片、功率模塊、高端封裝、射頻/微波等元器件，為5G通訊、光伏、電子電力、新能源汽車(chē)及航天航空等高端領(lǐng)域起到關(guān)鍵散熱作用。
福建臻璟采用無(wú)機(jī)包覆法解決氮化鋁易水解問(wèn)題，為后續(xù)進(jìn)一步做有機(jī)包覆處理提供耐水解的粉體，對(duì)穩(wěn)定性要求更高的應(yīng)用領(lǐng)域提供更可靠解決方案。2025年5月28日，中國(guó)粉體網(wǎng)將在江蘇·蘇州舉辦“第二屆高導(dǎo)熱材料與應(yīng)用技術(shù)大會(huì)暨導(dǎo)熱填料技術(shù)研討會(huì)”。屆時(shí)，我們邀請(qǐng)到福建臻璟新材料科技有限公司技術(shù)總監(jiān)陳智博士出席本次大會(huì)并作題為《氮化鋁粉體的生產(chǎn)、無(wú)機(jī)防水及其應(yīng)用》的報(bào)告。本報(bào)告將具體介紹氮化鋁粉體的制備技術(shù)以及如何解決氮化鋁易水解問(wèn)題，同時(shí)對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行展望。
專(zhuān)家簡(jiǎn)介
陳智，福建臻璟新材料科技有限公司技術(shù)總監(jiān)，致力于氮化鋁粉體，氮化鋁和氮化硅陶瓷生產(chǎn)，氮化鋁粉體的無(wú)機(jī)和有機(jī)修飾以及氮化鋁填料粉的應(yīng)用研究。北京大學(xué)化學(xué)系高分子材料碩士，University of Kansas 化學(xué)和石油工程學(xué)院化學(xué)工程博士，長(zhǎng)期從事有機(jī)材料，無(wú)機(jī)材料，有機(jī)無(wú)機(jī)雜化和光固化材料開(kāi)發(fā)和應(yīng)用工作等。
參考來(lái)源：
1.福建臻璟官網(wǎng)及公眾號(hào)
2.曹修全氮化鋁粉體制備技術(shù)研究進(jìn)展及展望 機(jī)械
3.何金秀AlN 粉體水解行為及其抗水解改性的研究進(jìn)展中國(guó)陶瓷工業(yè)
4.中國(guó)粉體網(wǎng)：你家的氮化鋁“防水”做好了嗎？
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）
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