专利名称：一种碳热还原法制备氮化铝粉体的方法
技术领域：
一种碳热还原法制备氮化铝粉体的方法，涉及碳热还原法制备氮化铝粉体工艺的方法。
背景技术：
AlN(氮化铝)是III-V族半导体化合物，其晶体是以[AlN4]四面体为结构单位，具有Warzjte结构的共价键化合物。25℃时晶格常数α0＝3.1127，c0＝4.9816，属六方晶系，粉体真密度为3.255g/cm3。
AlN材料具有热导率高(是的Al2O3的8～10倍)、高温电绝缘性好、介电性能好、热膨胀系数低(4.4×10-6℃)，与单晶硅相近，比Al2O3、BeO都低，耐热冲击电阻高、高温下材料强度大、硬度高、无毒等优异的特性，从而在诸多领域中得到广泛应用。在国际上用于混合集成电路(HIC)、微波集成电路(MIC)、电力电子模块(GTRM、IGBTM)、激光二极管(LD)、坩埚、刀具材料等领域。尤其是它的热膨胀与半导体硅材料相匹配并且无毒性、是较理想的电子半导体封装所用的支撑散热材料，以取代毒性大的材料。
目前的氮化铝合成方法主要有以下几种铝粉直接氮化法、碳热还原法、气相反应法、裂解法、等离子体法、电弧熔炼法、自蔓延高温合成法、微波合成法等。每种氮化铝制备方法都有自身的优点与缺点，相比较而言，碳热还原法制备的氮化铝粉末纯度高、性能稳定、粉末粒度细小均匀、成形和烧结性能良好，是一种具有良好应用前景的氮化铝粉体制备方法。但是在碳热还原法制备氮化铝粉体的过程中，还有很多不足之处，如反应温度高，反应时间长等。
发明内容
本发明的目的是针对碳热还原法制备氮化铝粉体的不足之处，提供一种有效的降低反应温度、缩短反应时间、提高氮化铝品质的碳热还原法制备氮化铝粉体的方法。
本发明的方法是通过以下技术方案实现的。
一种碳热还原法制备氮化铝粉体的方法，其特征在制备过程是将在氢氧化铝与氟化物和/或硼化物添加剂混合，在500～900℃温度下煅烧2～4小时，得到一种多孔的活性氧化铝，再把粉碎后的活性氧化铝在水中配制成为悬浮液，加入铝盐、碳粉进行凝胶化，经干燥、粉碎后通入氮气还原得到氮化物粉体。
本发明的一种碳热还原法制备氮化铝粉体的方法，其特征在于加入的添加剂的量为0.5％～3.5％。
本发明的一种碳热还原法制备氮化铝粉体的方法，其特征在于悬浮液配制中在60～90℃的水浴条件下加入铝盐，铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝中的一种或二种以的混合物。
本发明的一种碳热还原法制备氮化铝粉体的方法，其特征在于加入铝盐后的悬浮液在60～90℃的水浴条件下，加入表面活性剂，用无机酸调整悬浮液的PH值为0～6之间，搅拌5～60分钟。
本发明的一种碳热还原法制备氮化铝粉体的方法，其特征在于向悬浮液中添加超细的碳黑，碳黑加入的摩尔数为悬浮液中总铝摩尔数的1.5～3倍，加入碳黑时应缓慢加入，同时搅拌，使得加入的碳黑与氧化铝一起形成悬浮液，此过程在60～90℃的水浴条件下进行本发明的方法所用氢氧化铝可以是工业的工业氢氧化铝、也可是超细的氢氧化铝，根据所用氢氧化铝的一次晶体的大小，所制备出来的氮化铝粉体的一次晶体有所不同，如(1)采用一次晶体为约3～4μm的工业氢氧化铝所制备出来的氮化铝粉体的一次晶体约为4～5μm；(2)采用一次晶体为约0.3～0.5μm的工业超细氢氧化铝所制备出来的氮化铝粉体的一次晶体约为1～2μm。
采用本发明的方法所制备的氮化铝粉体，分散性好，无硬团聚，只有少量的软团聚存在，只要稍加研磨即可打碎。本发明涉及一种氮化铝粉体制备方法，旨在提高氮化铝的品质，降低氮化温度，节能降耗，开发出一种低成本生产高品质氮化铝的方法。
采用氢氧化铝和超细碳粉为起始原料，并采用溶胶-凝胶工艺，将碳热还原法制备氮化铝粉体的所有原料进行原位固定，加速反应过程，同时引入表面活性剂，阻止生成的氮化铝发生团聚。将氢氧化铝与添加剂混合，在低温(500～900℃之间)下煅烧，制备出高活性的氧化铝粉体，然后配制悬浮液，加入表面活性剂，在搅拌的情况下加入一定数量的超细碳黑，碳黑加入完毕后，经过一段时间的均匀化，以氨水调整体系的PH值至9以上，得到黑色的胶状物，干燥并将干燥后的胶状物粉碎成2～8mm的小颗粒，将小颗粒在真空碳管炉内氮气气氛下烧结，得到氮化铝及没有反应完全的碳黑混合的颗粒状物，将颗粒粉碎并在马夫炉内氧化气氛下600～800℃的温度范围内脱碳，得到氮化铝粉体。
图1为本发明的方法的工艺流程示意图。
具体实施方案一种氮化铝粉体制备方法，制备过程为a将氢氧化铝与添加剂氟化物和/或硼化物混合，添加剂可以是固体的，也可以是液体的，加入添加剂的目的脱除杂质，如钠，在500～900℃之间煅烧2～4小时，得到一种多孔的活性氧化铝，这种氧化铝的比表面积在120～300m2/g之间，用球磨机或气流磨将氧化铝粉碎成0.5～2μm的粉体；b将得到的活性氧化铝粉体在水中配制成为悬浮液，在60～90℃的水浴条件下加入铝盐，如硝酸铝、氯化铝、硫酸铝等，加入的铝盐为其中的一种或几种的混合物，并加入一些表面活性剂，如聚乙二醇，用无机酸调整悬浮液的PH值为0～6之间，搅拌20～30分钟，得到稳定的悬浮液；此过程在60～90℃的水浴条件下进行；c向悬浮液中添加超细的碳黑，碳黑加入的摩尔数为微悬浮液中总铝摩尔数的1.5～3倍，加入碳黑时应缓慢加入，同时搅拌，使得加入的碳黑与氧化铝一起形成悬浮液，此过程在60～90℃的水浴条件下进行；d向悬浮液中缓慢滴加氨水，调整PH值为9～14之间，同时搅拌，20～30分钟后，形成一种混合均匀黑色胶状物；e将胶状物在在70～90℃的温度范围内干燥，干燥方式可以是自由干燥，也可以是真空干燥，干燥后得到一种黑色的块状物；f将块状物破碎成2～8mm的小颗粒，小于2mm的颗粒重新加入水，并重复d、e、f步骤，最终全部得到2～8mm的小颗粒，大于8mm的颗粒重新破碎，直到破碎成的颗粒全部在2～8mm之间；h将破碎好的黑色小颗粒放入真空碳管炉内，在氮气气氛下煅烧2～6小时，煅烧温度为1500～1750℃之间，得到的黑色物质为混有没有反应完全的碳粉的氮化铝颗粒；i将反应后的小颗粒粉碎，得到的黑色物质为混有没有反应完全的碳粉的氮化铝粉体；j将由I得到的粉体在600～800℃的马夫炉内加热脱碳，得到灰色的氮化铝粉体。
下面结合实例对本发明做进一步说明。
实施例1以工业氢氧化铝为原料，首先将1000g氢氧化铝与15克硼酸添加剂混合，在500℃下煅烧6小时，取200g煅烧后的氧化铝，放入1000ml的烧杯中，加入200ml的去离子水，然后加入硝酸铝25g，然后加入表面活性剂溶液，用硝酸调整PH值在2～3之间，边搅拌边加入70g超细碳粉，加完碳粉后，搅拌20分钟，缓慢加入氨水，调整PH值至12之间，这时浆体变成了一个整体的凝胶状物质，将凝胶在90℃的干燥箱中干燥，干燥后的凝胶破碎成2～8mm的小颗粒，将小颗粒放入真空碳管炉内，控制氮气流量在20～25ml/s，烧结温度为1600℃，时间为3小时。煅烧后的物料粉碎，在750℃的马夫炉内氧化煅烧脱碳，最后得到灰色的氮化铝粉体。
实施例2将例1中的氧化铝换成超细氢氧化铝，煅烧温度为1550℃，也得到同样的结果。
实施例3以工业氢氧化铝为原料，首先将1000g氢氧化铝与15克硼酸添加剂混合，在900℃下煅烧2小时，取200g煅烧后的氧化铝，放入1000ml的烧杯中，加入200ml的去离子水，然后加入硝酸铝25g，然后加入表面活性剂溶液，用硝酸调整PH值在2之间，边搅拌边加入70g超细碳粉，加完碳粉后，搅拌30分钟，缓慢加入氨水，调整PH值至13之间，这时浆体变成了一个整体的凝胶状物质，将凝胶在90℃的干燥箱中干燥，干燥后的凝胶破碎成2～8mm的小颗粒，将小颗粒放入真空碳管炉内，控制氮气流量在20～25ml/s，烧结温度为1800℃，时间为2小时。煅烧后的物料粉碎，在800℃的马夫炉内氧化煅烧2小时脱碳，最后得到灰色的氮化铝粉体。
实施例4以工业氢氧化铝为原料，首先将1000g氢氧化铝与15克硼酸添加剂混合，在800℃下煅烧4小时，取200g煅烧后的氧化铝，放入1000ml的烧杯中，加入200ml的去离子水，然后加入硝酸铝25g，然后加入表面活性剂溶液，用硝酸调整PH值在2之间，边搅拌边加入70g超细碳粉，加完碳粉后，搅拌30分钟，缓慢加入氨水，调整PH值至13之间，这时浆体变成了一个整体的凝胶状物质，将凝胶在80℃的干燥箱中干燥，干燥后的凝胶破碎成2～8mm的小颗粒，将小颗粒放入真空碳管炉内，控制氮气流量在20～25ml/s，烧结温度为1500℃，时间为6小时。煅烧后的物料粉碎，在600℃的马夫炉内氧化煅烧4小时脱碳，最后得到灰色的氮化铝粉体，所制备出来的氮化铝粉体颗粒细小，无硬团聚，同时反应温度较低。
权利要求
1.一种碳热还原法制备氮化铝粉体的方法，其特征在制备过程是将在氢氧化铝与氟化物和/或硼化物添加剂混合，在500～900℃温度下煅烧2～4小时，得到一种多孔的活性氧化铝，再把粉碎后的活性氧化铝在水中配制成为悬浮液，加入铝盐、碳粉进行凝胶化，经干燥、粉碎后通入氮气还原得到氮化物粉体。
2.根据权利要求1所述的一种碳热还原法制备氮化铝粉体的方法，其特征在于加入的添加剂的量为0.5％～3.5％。
3.根据权利要求1所述的一种碳热还原法制备氮化铝粉体的方法，其特征在于悬浮液配制中在60～90℃的水浴条件下加入铝盐，铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝中的一种或二种以的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种碳热还原法制备氮化铝粉体的方法，其特征在于加入铝盐后的悬浮液在60～90℃的水浴条件下，加入表面活性剂，用无机酸调整悬浮液的PH值为0～6之间，搅拌5～60分钟。
5.根据权利要求1所述的一种碳热还原法制备氮化铝粉体的方法，其特征在于向悬浮液中添加超细的碳黑，碳黑加入的摩尔数为悬浮液中总铝摩尔数的1.5～3倍，加入碳黑时应缓慢加入，同时搅拌，使得加入的碳黑与氧化铝一起形成悬浮液，此过程在60～90℃的水浴条件下进行。
全文摘要
一种碳热还原法制备氮化铝粉体的方法，涉及碳热还原法制备氮化铝粉体工艺的方法。其特征在制备过程是将在氢氧化铝与氟化物和/或硼化物添加剂混合，在500～900℃温度下煅烧2～4小时，得到一种多孔的活性氧化铝，再把粉碎后的活性氧化铝在水中配制成为悬浮液，加入铝盐、碳粉进行凝胶化，经干燥、粉碎后通入氮气还原得到氮化物粉体。所制备出来的氮化铝粉体颗粒细小，无硬团聚，同时反应温度较低。
文档编号C01B21/072GK1631772SQ20041010280
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月28日 优先权日2004年12月28日
发明者陈玮, 马艳红, 王庆伟 申请人:中国铝业股份有限公司