抗水解氮化铝粉体及其制备方法与流程

本发明涉及一种陶瓷导热材料及其制备方法，特别是涉及一种氮化铝粉体及其制备方法，还涉及一种抗水解陶瓷粉体材料及粉体表面处理方法，应用于散热和封装材料技术领域。

背景技术：

aln陶瓷是近20年来新兴的高导热材料，其理论热导率可达到320w/(m·k)，实际值可以达到260w/(m·k)，是氧化铝陶瓷的10～15倍。同时aln陶瓷还具有优良的绝缘性、耐高温性、耐腐蚀性以及与硅相匹配的热膨胀系数。这些优良的性质使得aln陶瓷在许多高技术领域得到越来越广泛的应用，被认为是新一代大规模集成电路、半导体模块电路及大功率器件的理想散热和封装材料。

aln粉体是制备aln陶瓷的直接原料，粉体的性能直接影响到aln陶瓷的制备工艺和性能。但是aln在潮湿的环境下极易与水发生反应，形成al(oh)3和alooh，在aln粉末表面形成氧化铝层；从而使得大量的氧融入aln晶格中，降低了aln陶瓷的热导率。为了解决aln粉体在潮湿的环境中存放和使用的问题，必须提高aln粉体的抗水解性能。

现有的术能制备出在室温潮湿环境下稳定存在的aln粉体，如：目前常用的表面处理是用h3po4进行aln表面酸洗，但是这样的处理并不具备温水或者沸水条件下的抗水解能力。而aln块材和片材的工业制备多半采用流延成型、注浆成型和正在研究发展中的注射成型等工艺，其中包括最新的水凝胶注射成型工艺，这些工艺所需的温度通常在60～80℃。因此，如何提升aln粉体在温水中的抗水解能力成为了制约aln产业化、大规模应用的技术关键。

技术实现要素：

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种抗水解氮化铝粉体及其制备方法，制备的抗水解氮化铝粉体在80℃的水中至少可以稳定的存在72h，解决了由于aln粉体易水解性能所导致的存储和应用的难题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抗水解氮化铝粉体，使用有机酸和偶联剂对aln粉体颗粒表面进行包裹处理，在aln粉体颗粒外部形成包壳结构，得到复合材料aln粉体颗粒，在复合材料aln粉体中，其中有机酸的质量百分比含量为：1～15wt％，偶联剂的百分比含量为：0.5～20wt％。

作为本发明优选的技术方案，抗水解氮化铝粉体，其中有机酸的质量百分比含量为：1.79～4.63wt％，偶联剂的百分比含量为：2.78～8.93wt％。

上述有机酸优选采用硬脂酸或柠檬酸。

上述偶联剂优选采用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种添加剂或任意几种的混合添加剂。

上述硅烷偶联剂优选采用kh550、kh560、k570中的任意一种添加剂或任意几种的混合添加剂；上述钛酸酯偶联剂优选采用ndz-101、ndz-201、ndz-401中的任意一种添加剂或任意几种的混合添加剂。

一种本发明抗水解氮化铝粉体的制备方法，包括如下步骤：

a.将aln粉体、有机酸和偶联剂加入有机溶剂中，进行充分分散，制备得氮化铝混合浆料；优选采用的分散方式为如下任意一种或任意几种的组合分散方法：

桨式搅拌分散方式：采用桨式搅拌器，将氮化铝混合浆料分散均匀，搅拌时间为2～10h，控制分散液温度为30～120℃；磁力搅拌分散方式：采用磁力桨式搅拌器，将氮化铝混合浆料分散均匀，搅拌时间为10～30min，磁力转子的搅拌转速为600～800r/min；超声分散方式：采用超声将氮化铝混合浆料分散均匀，超声强度为150～2000w，超声时间为5～45min；球磨分散方式：采用球磨装置，将氮化铝混合浆料分散均匀，球磨转速为200～250r/min；分散时间为1～8h；当采用上述桨式搅拌分散方式时，将氮化铝混合浆料置入控温搅拌器中，优选采用水浴加热方式或油浴加热方式对分散液的温度进行控制；上述有机溶剂优选采用乙醇和丙酮中的任意一种或者二者的混合溶剂；

b.对在所述步骤a中制备的混合浆料进行干燥，制备得抗水解氮化铝粉体。优选采用干燥方式为直接干燥、真空干燥或喷雾干燥中的任意一种，优选控制干燥温度为50～120℃。优选控制干燥温度为60～80℃。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明抗水解aln粉体具有良好的抗水解性能，在室温下，本发明氮化铝粉体浸泡在水中可保持两周以上不水解，在80℃下，本发明抗水解氮化铝粉体在水中至少可以稳定的存在72h，不发生任何水解，有效的解决了由于aln粉体易水解性能所导致的存储和应用的难题；

2.本发明方法的工艺操作简单，原料价格低廉，生产成本低，使用范围广，易于工业化生产，具有显著的工业应用价值，有助于氮化铝的大规模工业化应用。

附图说明

图1是本发明实施例一抗水解氮化铝粉体和普通氮化铝粉体在80℃的水中浸泡72h时，悬浮液ph值随着时间的变化对比图。

图2是本发明实施例一抗水解氮化铝粉体和普通氮化铝粉体在80℃的水中浸泡72h后，将粉体烘干进行xrd测试的结果对比图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，一种抗水解氮化铝粉体的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取0.6g硬脂酸，加入到30ml无水乙醇溶剂中，采用磁力搅拌分散方式，将有机酸混合液置于磁力搅拌器上，搅拌20min，转速为800r/min，进行充分分散；

(2)采用球磨分散方式，将在步骤(1)中制备的有机酸混合液和20g的aln粉体加入到球磨罐中，将混合浆料分散均匀，球磨转速为200r/min；球磨分散时间为1h，进行充分分散；

(3)继续采用球磨分散方式，向在步骤(2)中制备的混合浆料中匀速滴加2g硅烷偶联剂kh560，球磨转速为250r/min；球磨分散时间为3h，进行充分分散，制备得氮化铝混合浆料；

(4)将在步骤(3)中所得氮化铝混合浆料进行过滤清洗，在60℃下烘干12h，即获得抗水解氮化铝粉体。

将本实施例所制备的抗水解氮化铝粉体浸泡分散在80℃的水中，初期每隔1h测试并记录悬浮液的ph值，测试期间不间断的进行搅拌，同时以未经过硬脂酸和硅烷偶联剂kh560包裹处理的普通氮化铝粉体进行对比试验，以悬浮液的ph值为纵轴，浸泡时间为横轴作图得到图1所示的氮化铝水解过程曲线图。图1为实施例制备的抗水解氮化铝粉体和普通氮化铝粉体在80℃的水中浸泡72h时，悬浮液ph值随着时间的变化图，图中：a曲线为本实施例所述的抗水解氮化铝粉体；b曲线为普通的氮化铝粉体。由图1可见：未经硬脂酸和硅烷偶联剂kh560包裹处理的氮化铝粉体在80℃的水中浸泡2h左右开始水解，ph值逐渐上升，而本实施例的经过硬脂酸和硅烷偶联剂kh560包裹处理的氮化铝粉体在80℃的水中浸泡，可以保持3天以上不水解，ph值稳定在8.0左右。将在80℃水中浸泡72h后的粉体烘干，进行xrd测试分析，结果如图2所示。图2为本实施例制备的抗水解氮化铝粉体和普通氮化铝粉体在80℃的水中浸泡72h后，将粉体烘干进行xrd测试的结果，图中a曲线为本实施例制备的抗水解氮化铝粉体在水中浸泡72h后烘干，进行xrd测试的结果；b曲线为普通的氮化铝粉体在水中浸泡72h后烘干，进行xrd测试的结果。由图2可知：未经硬脂酸和硅烷偶联剂kh560包裹处理的氮化铝粉体在80℃的水中浸泡了72h后基本无aln相存在，水解的最终产物为al(oh)3和alo(oh)；而本发明的经硬脂酸和硅烷偶联剂kh560包裹处理的氮化铝粉体在80℃的水中浸泡了72h后仍然为aln相，并无任何其它物相出现，这说明本实施例的经硬脂酸和硅烷偶联剂kh560包裹处理的氮化铝粉体在80℃的水中具有良好的抗水解性能。

本实施例制备的抗水解氮化铝粉体是通过有机酸和偶联剂对氮化铝粉体颗粒的表面进行包裹处理而形成的。实验证明：在室温下，本实施例制备的氮化铝粉体浸泡在水中可保持一周以上不水解，在80℃下，本实施例制备的抗水解氮化铝粉体在水中至少可以稳定的存在72h，不发生任何水解。有效的解决了由于氮化铝粉体易水解性能所导致的存储和应用的难题。另外，本实施例方法工艺操作简单，原料价格低廉，生产成本低，使用范围广，易于工业化生产，具有显著的工业应用价值，有助于氮化铝的大规模工业化应用。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种抗水解氮化铝粉体的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取0.4g柠檬酸，加入到80ml无水乙醇溶剂中，采用磁力搅拌分散方式，将有机酸混合液置于磁力搅拌器上，搅拌10min，转速为600r/min，进行充分分散；

(2)向在步骤(1)中制备的有机酸混合液中加入20g的aln粉体，采用桨式搅拌分散方式，将混合液放入水浴搅拌器中，在60℃条件下搅拌2h，进行充分分散；

(3)向在步骤(2)中制备的混合液中匀速滴加2g硅烷偶联剂kh560，在80℃条件下搅拌3h，进行充分分散，制备得氮化铝混合浆料；

(4)将在步骤(3)中所得氮化铝混合浆料进行过滤清洗，在80℃下烘干12h，即获得抗水解氮化铝粉体。

本实施例制备的抗水解氮化铝粉体是通过有机酸和偶联剂对氮化铝粉体颗粒的表面进行包裹处理而形成的，具有突出的抗水解能力。实验证明：在室温下，本实施例制备的氮化铝粉体浸泡在水中可保持一周以上不水解，在80℃下，本实施例制备的抗水解氮化铝粉体在水中至少可以稳定的存在72h，不发生任何水解。有效的解决了由于氮化铝粉体易水解性能所导致的存储和应用的难题。另外，本实施例方法工艺操作简单，原料价格低廉，生产成本低，使用范围广，易于工业化生产，具有显著的工业应用价值，有助于氮化铝的大规模工业化应用。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种抗水解氮化铝粉体的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取1.2g硬脂酸，加入到80ml无水乙醇溶剂中，采用磁力搅拌分散方式，将有机酸混合液置于磁力搅拌器上，搅拌20min，转速为800r/min，进行充分分散；

(2)向在步骤(1)中制备的有机酸混合液中加入30g的aln粉体，采用桨式搅拌分散方式，将混合液放入油浴搅拌器中，在80℃条件下搅拌2h，进行充分分散；

(3)向在步骤(2)中制备的混合液中匀速滴加2g硅烷偶联剂kh550，在80℃条件下搅拌4h，进行充分分散，制备得氮化铝混合浆料；

(4)将在步骤(3)中所得氮化铝混合浆料进行过滤清洗，在80℃下烘干12h，即获得抗水解氮化铝粉体。

本实施例制备的抗水解氮化铝粉体是通过有机酸和偶联剂对氮化铝粉体颗粒的表面进行包裹处理而形成的，具有突出的抗水解能力。实验证明：在室温下，本实施例制备的氮化铝粉体浸泡在水中可保持一周以上不水解，在80℃下，本实施例制备的抗水解氮化铝粉体在水中至少可以稳定的存在72h，不发生任何水解。有效的解决了由于氮化铝粉体易水解性能所导致的存储和应用的难题。另外，本实施例方法工艺操作简单，原料价格低廉，生产成本低，使用范围广，易于工业化生产，具有显著的工业应用价值，有助于氮化铝的大规模工业化应用。

实施例四：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种抗水解氮化铝粉体的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取1.5g硬脂酸，加入到100ml无水乙醇溶剂中，采用磁力搅拌分散方式，将有机酸混合液置于磁力搅拌器上，搅拌20min，转速为800r/min，进行充分分散；

(2)向在步骤(1)中制备的有机酸混合液中加入30g的aln粉体，采用桨式搅拌分散方式，将混合液放入油浴搅拌器中，在60℃条件下搅拌2h，进行充分分散；

(3)向在步骤(2)中制备的混合液中匀速滴加2.4g钛酸酯偶联剂ndz-101，在80℃条件下搅拌4h，进行充分分散，制备得氮化铝混合浆料；

(4)将在步骤(3)中所得氮化铝混合浆料进行过滤清洗，在80℃下烘干12h，即获得抗水解氮化铝粉体。

本实施例制备的抗水解氮化铝粉体是通过有机酸和偶联剂对氮化铝粉体颗粒的表面进行包裹处理而形成的，具有突出的抗水解能力。实验证明：在室温下，本实施例制备的氮化铝粉体浸泡在水中可保持一周以上不水解，在80℃下，本实施例制备的抗水解氮化铝粉体在水中至少可以稳定的存在72h，不发生任何水解。有效的解决了由于氮化铝粉体易水解性能所导致的存储和应用的难题。另外，本实施例方法工艺操作简单，原料价格低廉，生产成本低，使用范围广，易于工业化生产，具有显著的工业应用价值，有助于氮化铝的大规模工业化应用。

实施例五：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种抗水解氮化铝粉体的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取2.5g硬脂酸，加入到100ml无水乙醇溶剂中，采用磁力搅拌分散方式，将有机酸混合液置于磁力搅拌器上，搅拌30min，转速为800r/min，进行充分分散；

(2)向在步骤(1)中制备的有机酸混合液中加入50g的aln粉体，采用桨式搅拌分散方式，将混合液放入油浴搅拌器中，在50℃条件下搅拌2h，进行充分分散；

(3)向在步骤(2)中制备的混合液中匀速滴加1.5g钛酸酯偶联剂ndz-401，在100℃条件下搅拌4h，进行充分分散，制备得氮化铝混合浆料；

(4)将在步骤(3)中所得氮化铝混合浆料进行过滤清洗，在80℃下烘干12h，即获得抗水解氮化铝粉体。

本实施例制备的抗水解氮化铝粉体是通过有机酸和偶联剂对氮化铝粉体颗粒的表面进行包裹处理而形成的，具有突出的抗水解能力。实验证明：在室温下，本实施例制备的氮化铝粉体浸泡在水中可保持一周以上不水解，在80℃下，本实施例制备的抗水解氮化铝粉体在水中至少可以稳定的存在72h，不发生任何水解。有效的解决了由于氮化铝粉体易水解性能所导致的存储和应用的难题。另外，本实施例方法工艺操作简单，原料价格低廉，生产成本低，使用范围广，易于工业化生产，具有显著的工业应用价值，有助于氮化铝的大规模工业化应用。

实施例六：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种抗水解氮化铝粉体的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取0.9g聚乙烯吡咯烷酮，加入到100ml无水乙醇溶剂中，采用磁力搅拌分散方式，将有混合液置于磁力搅拌器上，搅拌10min，转速为600r/min，进行充分分散；

(2)向在步骤(1)中制备的混合液中加入30g的aln粉体，采用桨式搅拌分散方式，将混合液放入油浴搅拌器中，在80℃条件下搅拌2h，进行充分分散；

(3)向在步骤(2)中制备的混合液中加入1.5g硬脂酸，在100℃条件下搅拌4h，进行充分分散，制备得氮化铝混合浆料；

(4)将在步骤(3)中所得氮化铝混合浆料进行过滤清洗，在80℃下烘干12h，即获得抗水解氮化铝粉体。

本实施例制备的抗水解氮化铝粉体是通过有机酸和偶联剂对氮化铝粉体颗粒的表面进行包裹处理而形成的，具有突出的抗水解能力。实验证明：在室温下，本实施例制备的氮化铝粉体浸泡在水中可保持一周以上不水解，在80℃下，本实施例制备的抗水解氮化铝粉体在水中至少可以稳定的存在72h，不发生任何水解。有效的解决了由于氮化铝粉体易水解性能所导致的存储和应用的难题。另外，本实施例方法工艺操作简单，原料价格低廉，生产成本低，使用范围广，易于工业化生产，具有显著的工业应用价值，有助于氮化铝的大规模工业化应用。

实施例七：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种抗水解氮化铝粉体的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取0.6g聚乙烯吡咯烷酮，加入到30ml无水乙醇溶剂中，采用磁力搅拌分散方式，将混合液置于磁力搅拌器上，搅拌10min，转速为600r/min，进行充分分散；

(2)采用球磨分散方式，将在步骤(1)中制备的混合液和30g的aln粉体加入到球磨罐中，将混合浆料分散均匀，球磨转速为250r/min；球磨分散时间为2h，进行充分分散；

(3)继续采用球磨分散方式，向在步骤(2)中制备的混合浆料中加入1g硬脂酸，球磨转速为200r/min；球磨分散时间为3h，进行充分分散，制备得氮化铝混合浆料；

(4)将在步骤(3)中所得氮化铝混合浆料进行过滤清洗，在60℃下烘干12h，即获得抗水解氮化铝粉体。

本实施例制备的抗水解氮化铝粉体是通过有机酸和偶联剂对氮化铝粉体颗粒的表面进行包裹处理而形成的，具有突出的抗水解能力。实验证明：在室温下，本实施例制备的氮化铝粉体浸泡在水中可保持一周以上不水解，在80℃下，本实施例制备的抗水解氮化铝粉体在水中至少可以稳定的存在72h，不发生任何水解。有效的解决了由于氮化铝粉体易水解性能所导致的存储和应用的难题。另外，本实施例方法工艺操作简单，原料价格低廉，生产成本低，使用范围广，易于工业化生产，具有显著的工业应用价值，有助于氮化铝的大规模工业化应用。

综上所述实施例可知，抗水解氮化铝粉体，使用有机酸和偶联剂对aln粉体颗粒表面进行包裹处理，在aln粉体颗粒外部形成包壳结构，得到复合材料aln粉体颗粒，在复合材料aln粉体中，其中有机酸的质量百分比含量为：1.79～4.63wt％，偶联剂的百分比含量为：2.78～8.93wt％。上述实施例所制备的抗水解aln粉体具有良好的抗水解性能，在室温下，上述实施例制备的氮化铝粉体浸泡在水中可保持两周以上不水解，在80℃下，上述实施例制备的抗水解氮化铝粉体在水中至少可以稳定的存在72h，不发生任何水解，有效的解决了由于aln粉体易水解性能所导致的存储和应用的难题。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明抗水解氮化铝粉体及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。