简介
中文名称:氮化铝
英文名称:ALuminum nitride
英文别名:ALuminium nitride; Aluminum nitride (ALN);[1]nitridoaluminum; aluminum nitrogen(-3) anion
CAS:24304-00-5
EINECS:246-140-8
分子式:ALN
分子量:40.9882
密度：3.26
晶胞结构：
说明:ALN是原子晶体，属类金刚石氮化物，最高可稳定到2200℃。室温强度高，且强度随温度的升高下降较慢。导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料。抗熔融金属侵蚀的能力强，是熔铸纯铁、铝或铝合金理想的坩埚材料。氮化铝还是电绝缘体，介电性能良好，用作电器元件也很有希望。砷化镓表面的氮化铝涂层，能保护它在退火时免受离子的注入。氮化铝还是由六方氮化硼转变为立方氮化硼的催化剂。室温下与水缓慢反应.可由铝粉在氨或氮气氛中800~1000℃合成，产物为白色到灰蓝色粉末。或由Al2O3-C-N2体系在1600~1750℃反应合成，产物为灰白色粉末。或氯化铝与氨经气相反应制得.涂层可由AlCl3-NH3体系通过气相沉积法合成。
ALN+3H2O==催化剂===AL（OH）3↓+NH3↑
历史
氮化铝于1877年首次合成。至1980年代，因氮化铝是一种陶瓷绝缘体(聚晶体物料为 70-210 W‧m−1‧K−1，而单晶体更可高达 275 W‧m−1‧K−1 )，使氮化铝有较高的传热能力，至使氮化铝被大量应用于微电子学。与氧化铍不同的是氮化铝无毒。氮化铝用金属处理，能取代矾土及氧化铍用于大量电子仪器。氮化铝可通过氧化铝和碳的还原作用或直接氮化金属铝来制备。氮化铝是一种以共价键相连的物质，它有六角晶体结构，与硫化锌、纤维锌矿同形。此结构的空间组为P63mc。要以热压及焊接式才可制造出工业级的物料。物质在惰性的高温环境中非常稳定。在空气中，温度高于700℃时，物质表面会发生氧化作用。在室温下，物质表面仍能探测到5-10纳米厚的氧化物薄膜。直至1370℃，氧化物薄膜仍可保护物质。但当温度高于1370℃时，便会发生大量氧化作用。直至980℃，氮化铝在氢气及二氧化碳中仍相当稳定。矿物酸通过侵袭粒状物质的界限使它慢慢溶解，而强碱则通过侵袭粒状氮化铝使它溶解。物质在水中会慢慢水解。氮化铝可以抵抗大部分融解的盐的侵袭，包括氯化物及冰晶石〔即六氟铝酸钠〕。
特性
(1)热导率高(约320W/m·K)，接近BeO和SiC，是Al2O3的5倍以上；
(2)热膨胀系数(4.5×10-6℃)与Si(3.5~4×10-6℃)和GaAs(6×10-6℃)匹配；
(3)各种电性能(介电常数、介质损耗、体电阻率、介电强度)优良；
(4)机械性能好，抗折强度高于Al2O3和BeO陶瓷，可以常压烧结；
(5)纯度高；
(6)光传输特性好；
(7)无毒；
(8)可采用流延工艺制作。是一种很有前途的高功率集成电路基片和包装材料。
应用
有报告指现今大部分研究都在开发一种以半导体（氮化镓或合金铝氮化镓）为基础且运行於紫外线的发光二极管，而光的波长为250纳米。在2006年5月有报告指一个无效率的二极管可发出波长为210纳米的光波[1]。以真空紫外线反射率量出单一的氮化铝晶体上有6.2eV的能隙。理论上，能隙允许一些波长为大约200纳米的波通过。但在商业上实行时，需克服不少困难。氮化铝应用於光电工程，包括在光学储存介面及电子基质作诱电层，在高的导热性下作晶片载体，以及作军事用途。由于氮化铝压电效应的特性，氮化铝晶体的外延性伸展也用於表面声学波的探测器。而探测器则会放置於矽晶圆上。只有非常少的地方能可靠地制造这些细的薄膜。
氮化铝陶瓷
氮化铝陶瓷ALN F系列 (Aluminium Nitride Ceramic)
结构
氮化铝陶瓷ALN F系列是以氮化铝(ALN)为主晶相的陶瓷。ALN 晶体以〔ALN4〕四面体为结构单元共价键化合物,具有纤锌矿型结构,属六方晶系。化学组成 AL 65.81%,N34.19%,比重 3.261g/cm3,白色或灰白色,单晶无色透明,常压下的升华分解温度为 2450°C。为一种高温耐热材料。热膨胀系数(4.0- 6.0)X10(-6)/°C。多晶 ALN 热导率达 260W/(m.k),比氧化铝高5-8 倍,所以耐热冲击好,能耐 2200°C的极热。此外,氮化铝具有不受铝液和其它熔融金属及砷化镓侵蚀的特性,特别是对熔融铝液具有极好的耐侵蚀性。
性能
ALN 陶瓷的性能与制备工艺有关。如热压烧结 ALN 陶瓷,其密度为 3 .2一 3 .3g/cm3,抗弯强度 350 一 400 MPa(高强型 900 MPa),弹性模量 310 GPa,热导率 20-30W/m*K,热膨胀系数 5.6x10(-6)K(-1)(25°C一 400°C)。机械加工性和抗氧化性良好。
应用
1、氮化铝ALN F系列粉末纯度高,粒径小,活性大,是制造高导热氮化铝陶瓷基片的主要原料。
2、氮化铝陶瓷基片,热导率高,膨胀系数低,强度高,耐高温,耐化学腐蚀,电阻率高,介电损耗小,是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。
3、氮化铝硬度高,超过传统氧化铝,是新型的耐磨陶瓷材料,可用于磨损严重的部位.
4、利用 ALN 陶瓷耐热耐熔体侵蚀和热震性,可制作GaAs晶体坩埚、AL蒸发皿、磁流体发电装置及高温透平机耐蚀部件,利用其光学性能可作红外线窗口。氮化铝薄膜可制成高频压电元件、超大规模集成电路基片等。
5、氮化铝耐热、耐熔融金属的侵蚀,对酸稳定,但在碱性溶液中易被侵蚀。ALN 新生表面暴露在湿空气中会反应生成极薄的氧化膜。利用此特性,可用作铝、铜、银、铅等金属熔炼的 坩埚和烧铸模具材料。ALN 陶瓷的金属化性能较好,可替代有毒性的氧化敏瓷在电子工业中广泛应用。
典型产品
氮化铝粉 ALN F 系列特点:
1. 高热导系数:320W/m*k
2. 高阻抗:体积电阻率 : > 10 Ω-cm
3. 低热膨胀系数
4. 高机械强度:摩氏硬度 9~10
5. 低介电损耗:不影响信号传输
我公司Thrutek氮化铝 ALN F 系列优点:
>>粒径分布集中
>>分散性好
>>金属杂质含量低
>>低含氧量
>>热膨胀系数低
>>规格齐全 ALN F 系列(2~20μm),并提供客户特殊粒径规格定制
>>抗水解能力强
Thrutek氮化铝粉 ALN F 系列应用广泛:
A.导热填充材料/添加剂
Thrutek氮化铝粉 ALN F 系列作为导热填充材料主要应用在ALN导热硅脂、ALN导热硅胶、ALN导热双面胶片、ALN导热胶片以及ALN纳米无机陶瓷车用润滑剂及抗磨剂。
B.EMC 添加剂、MCPCB 导热填充料、陶瓷介质电容
C.氮化铝粉 ALN F 系列烧结应用LED 氮化铝陶瓷基板,电源模块,半导体辐射散热器,坩埚,晶体生长蒸发器,高温阻燃材料,绝缘体,抗腐蚀零部件,贴片电阻等。
展望
由于具有优良的热.电.力学性能.氮化铝陶瓷引起了国内外研究者的广泛关注.随着现代科学技术的飞速发展.对所用材料的性能提出了更高的要求.氮化铝陶瓷也必将在许多领域得到更为广泛的应用!虽然多年来通过许多研究者的不懈努力.在粉末的制备_成形_烧结等方面的研究均取得了长足进展.但就目前而言.氮化铝的商品化程度并不高.这也是影响氮化铝陶瓷进一步发展的关键因素.为了促进氮化铝研究和应用的进一步发展.必须做好下面两个研究工作研究低成本的粉末制备工艺和方法!目前制约氮化铝商品化的主要因素就是价格问题。若能以较低的成本制备出氮化铝粉末.将会大大提高其商品化程度!高温自蔓延法和低温碳热还原合成工艺是很有发展前景的粉末合成方法.二者具有低成本和适合大规模生产的特点!研究复杂形状的氮化铝陶瓷零部件的净近成形技术如注射成形技术等.它对充分发挥氮化铝的性能优势.拓宽它的应用范围具有重要意义!
