CN102502538A - 一种钙辅助低温合成超细氮化铝粉体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的钙辅助低温合成超细氮化铝粉体的方法，其步骤包括：将铝源、碳源及钙源溶解于溶剂中，然后与柠檬酸的乙二醇溶液进行混合；将上述混合溶液在120～140℃保温2～4小时，继续升温到180～220℃保温2～4小时，得到蓬松的棕黑色物质；将上述蓬松物质在800～1200℃真空或氮气下煅烧，冷却后研磨，再在1300～1400℃的氮气中进行碳热还原反应，即得超细氮化铝粉体。本发明制备工艺简单可控，通过利用CaO与Al2O3反应生成的低共熔物，在碳热还原过程中形成液相以增加原料中各分子的自扩散系数，从而促进了氮化铝在较低温度下的合成。本发明产物在集成电路、电子基板、大功率器件等领域具有广泛的应用前景。

Description

一种钙辅助低温合成超细氮化铝粉体的方法
技术领域
本发明涉及一种低温合成超细氮化铝粉体的方法，属于材料科学技术领域。
背景技术
氮化铝陶瓷（AlN）具有高的热导率、与硅相匹配的线膨胀系数、低的介电常数、优良的电绝缘性能、耐腐蚀以及环保无毒等特点，已经替代氧化铝与氧化铍成为目前超大规模集成电路基板的首选材料，在现代电子与微电子等高新技术领域得到了广泛的应用。但由于氮化铝属于共价化合物，其自扩散系数小，导致难以烧结致密，即便在1900 ℃以上的高温下烧结也达不到理论密度的90%。
为在相对较低的温度下实现氮化铝陶瓷的致密烧结，除了添加合适的烧结助剂外，选用粒径细小甚至纳米级的氮化铝粉体，利用超细粉体的高表面能来促进氮化铝陶瓷的低温烧结也是主要的方法之一。Kuramoto等《Adv. Ceram., 1989, 26: 107-119》研究表明，在不添加烧结助剂的情况下，比表面积约为3 m2/g的氮化铝粉体即使是在烧结温度高于1900 ℃时也不能达到完全致密，而颗粒粒径约为110 nm（比表面积为16.6 m2/g）和粒径为80-100 nm（比表面积为40-50 m2/g）的氮化铝粉体在烧结温度为1700 ℃的情况下就基本上达到理论密度；Watari等《J. Ceram. Soc. Jpn., 1995, 103(9): 891-900》的研究表明，氮化铝陶瓷的烧结性能与原始粉体的比表面积成正比，即粉体的比表面积越大（粒径越小），烧结性能越好。
在超细氮化铝粉体的合成中，等离子化学合成法、化学气相合成法以及湿化学结合碳热还原法是目前最主要的制备方法。相对于前两种方法，湿化学结合碳热还原法技术比较成熟、工艺简便，适合于工业化生产。目前，通过湿化学方法，如溶胶-凝胶法、共沉淀法等，以溶液形式实现铝源和碳源在分子级水平的均匀混合，进而通过碳热还原法制备得到颗粒分布均匀、粒径细小的纳米氮化铝粉体已经得到了广泛研究。如中国专利CN 101973532 A公开了一种纳米氮化铝粉体的制备方法，先通过溶胶-凝胶低温燃烧工艺获得了分子级混合均匀的铝源和碳源，然后在1500～1600 ℃发生碳热还原反应获得粒径为30-90 nm的氮化铝粉体；Qin等《Mater. Res. Bull., 2008, 43: 2954-2960》以硝酸铝、葡萄糖和尿素为原料，采用硝酸盐-有机物低温燃烧工艺获得前驱体，再在1550 ℃氮化得到平均粒径为100 nm的氮化铝粉体；宋扬等《稀有金属材料与工程, 2005, 34(z1): 147-151》以异丙醇铝、蔗糖和尿素为原料，采用溶胶-凝胶工艺结合碳热还原法，在1500 ℃下氮化后得到粒径为23 nm、比表面积为70 m2/g的氮化铝粉体。
从目前国内外的报道来看，利用湿化学结合碳热还原法合成超细氮化铝粉体的氮化温度一般在1500～1550 ℃，这个温度虽然相比于传统固相法的氮化温度1600 ℃要低50～100 ℃，但仍属于较高的温度范畴。
发明内容
本发明的目的是提供一种钙辅助低温合成超细氮化铝粉体的方法，通过在湿化学法制备前驱体过程中引入钙助剂，利用钙助剂与氧化铝反应生成低共熔物，并以液相润湿作用增加原料中各物质分子的自扩散系数，从而在较低温度下合成超细氮化铝粉体。
本发明的钙辅助低温合成超细氮化铝粉体的方法，包括以下步骤：
(1) 将铝源溶解于溶剂中，形成0.5～2.0 mol/L的铝源溶液；
(2) 将钙源溶解于溶剂中，形成0.5～2.0 mol/L的钙源溶液；
(3) 按钙元素与铝元素的摩尔比为0.5：100～10：100，将上述溶液(1)与溶液(2)混合，形成铝源与钙源的混合溶液；
(4) 将柠檬酸溶解于乙二醇中，柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1：4～1：8；
(5) 按柠檬酸与铝元素的摩尔比1：1～4：1，将上述溶液(3)与溶液(4)混合，并搅拌均匀；
(6) 将碳源溶解于溶剂中，形成0.5～2.0 mol/L的碳源溶液；
(7) 按碳元素与铝元素的摩尔比为2：1～10：1，将上述溶液(6)加入到溶液(5)中，混合搅拌均匀；然后升温到120～140 ℃保温2～4小时，继续升温到180～220 ℃保温2～4小时，得到蓬松的棕黑色物质；
(8) 将上述蓬松的棕黑色物质在800～1200 ℃的真空或氮气气氛下煅烧，获得均匀混合的Al2O3、C和CaO；冷却后研磨，再放入坩埚中置于流动的氮气气氛下，在1300～1400 ℃保温2～4小时，得到灰黑色粉体；
 (9) 将上述灰黑色粉体置于700～800 ℃的空气中保温1～4小时，除去多余的碳，得到超细氮化铝粉体。
本发明中，所述的铝源可为硝酸铝、醋酸铝、异丙醇铝、氯化铝和铝溶胶中的一种或几种；所述的钙源可为硝酸钙、醋酸钙和氯化钙中的一种或几种；所述的溶剂可为无水乙醇、丙酮和去离子水中的一种或几种；所述的碳源可为葡萄糖、蔗糖、甲基纤维素、乙基纤维素、聚丙烯酸和聚丙烯酰胺中的一种或几种。
本发明具有以下有益特点：利用柠檬酸对金属铝离子和钙离子的络合作用、乙二醇对金属离子的键合和空间位阻作用，使金属铝离子和钙离子高度分散于溶液中，同时实现与碳源的均匀分布；利用CaO与Al2O3在低温下反应生成低共熔物，从而在碳热还原过程中以液相润湿作用促进氮化铝在较低温度下的合成；利用本发明的方法，可以在1350℃氮化后获得完全氮化的超细氮化铝粉体，比传统的湿化学结合碳热还原法制备氮化铝的氮化完全温度降低约150℃。
附图说明
图1为不同实施例下制备的超细氮化铝粉体的物相分析；
图2为实施例1制备的超细氮化铝粉体的扫描电子显微镜照片；
图3为实施例2制备的超细氮化铝粉体的扫描电子显微镜照片；
图4为实施例3制备的超细氮化铝粉体的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步描述。
实施例1：
称取1.0 mol 硝酸铝溶于2.0 L去离子水中形成0.5 mol/L的铝源溶液，称取0.026 mol硝酸钙溶于0.052 L去离子水中形成0.5 mol/L的钙源溶液，将上述铝源溶液和钙源溶液混合，形成铝-钙混合溶液。称取1.0 mol 柠檬酸溶于5.0 mol乙二醇中，混合搅拌均匀后添加到上述铝-钙混合溶液中。称取0.8 mol葡萄糖溶于1.6 L去离子水中形成0.5 mol/L的碳源溶液，混合搅拌均匀后添加到上述铝-钙混合溶液中。将上述混合溶液搅拌均匀，然后升温至120 ℃保温3 h，继续升温到210 ℃保温2 h，冷却后得到蓬松的棕黑色粉体。将上述蓬松的棕黑色粉体在800 ℃氮气气氛中煅烧1 h，得到混合均匀的碳热还原前驱体；冷却后研磨，然后置于流通的氮气气氛下于1300 ℃保温2 h，得到灰黑色粉体。将上述灰黑色粉体在空气气氛下于700 ℃保温3 h，除去多余的碳，最终得到超细氮化铝粉体。获得的超细氮化铝粉体经XRD分析测试，其物相为AlN与少量钙化合物杂相共存（见图1）；经过SEM分析测试，粉体的平均粒径在30-50 nm（见图2）。
实施例2：
称取1.0 mol醋酸铝溶于1.0 L无水乙醇中形成1.0 mol/L的铝源溶液，称取0.055 mol硝酸钙溶于0.055 L无水乙醇中形成1.0 mol/L的钙源溶液，将上述铝源溶液和钙源溶液混合，形成铝-钙混合溶液。称取2.0 mol柠檬酸溶于8.0 mol乙二醇中，混合搅拌均匀后添加到上述铝-钙混合溶液中。称取0.7 mol蔗糖溶于0.7 L无水乙醇中形成1.0 mol/L的碳源溶液，混合搅拌均匀后添加到上述铝-钙混合溶液中。将上述混合溶液搅拌均匀，然后升温到125 ℃保温2 h，继续升温到220 ℃保温2 h，冷却后得到蓬松的棕黑色粉体。将上述蓬松的棕黑色粉体在1000 ℃氮气气氛中煅烧1 h，得到混合均匀的碳热还原前驱体；冷却后研磨，然后置于流通的氮气气氛下于1400 ℃保温2 h，得到灰黑色粉体。将上述灰黑色粉体在空气气氛下于750 ℃保温2 h，除去多余的碳，最终得到超细氮化铝粉体。获得的超细氮化铝粉体经XRD分析测试，其物相为单一相AlN（见图1）；经过SEM分析测试，粉体的平均粒径在80-120 nm（见图3）。
实施例3：
称取1.0 mol异丙醇铝溶于0.5 L丙酮中形成2.0 mol/L的铝源溶液，称取0.014 mol硝酸钙溶于0.007 L丙酮中形成2.0 mol/L的钙源溶液，将上述铝源溶液和钙源溶液混合，形成铝-钙混合溶液。称取1.5 mol柠檬酸溶于10.0 mol乙二醇中，混合搅拌均匀后添加到上述铝-钙混合溶液中。称取0.5 mol葡萄糖和0.2 mol蔗糖溶于0.7 L去离子水中形成1.0 mol/L的碳源溶液，混合搅拌均匀后添加到上述铝-钙混合溶液中。将上述混合溶液搅拌均匀，然后升温到130 ℃保温2 h，继续升温到200 ℃保温2 h，冷却后得到蓬松的棕黑色粉体。将上述蓬松的棕黑色粉体在1200 ℃氮气气氛中煅烧1 h，得到混合均匀的碳热还原前驱体；冷却后研磨，然后置于流通的氮气气氛下于1350 ℃保温2 h，得到灰黑色粉体。将上述灰黑色粉体在空气气氛下于800 ℃保温1 h，除去多余的碳，最终得到超细氮化铝粉体。获得的超细氮化铝粉体用XRD分析测试，得到其物相为单一相AlN（见图1）；经过SEM分析测试，粉体的平均粒径在40-60 nm（见图4）。

Claims (5)

1.一种钙辅助低温合成超细氮化铝粉体的方法，包括以下步骤：
(1) 将铝源溶解于溶剂中，形成0.5～2.0 mol/L的铝源溶液；
(2) 将钙源溶解于溶剂中，形成0.5～2.0 mol/L的钙源溶液；
(3) 按钙元素与铝元素的摩尔比为0.5：100～10：100，将上述溶液(1)与溶液(2)混合，形成铝源与钙源的混合溶液；
(4) 将柠檬酸溶解于乙二醇中，柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1：4～1：8；
(5) 按柠檬酸与铝元素的摩尔比1：1～4：1，将上述溶液(3)与溶液(4)混合，并搅拌均匀；
(6) 将碳源溶解于溶剂中，形成0.5～2.0 mol/L的碳源溶液；
(7) 按碳元素与铝元素的摩尔比为2：1～10：1，将上述溶液(6)加入到溶液(5)中，混合搅拌均匀；然后升温到120～140 ℃保温2～4小时，继续升温到180～220 ℃保温2～4小时，得到蓬松的棕黑色物质；
(8) 将上述蓬松的棕黑色物质在800～1200 ℃的真空或氮气气氛下煅烧，获得均匀混合的Al2O3、C和CaO；冷却后研磨，再放入坩埚中置于流动的氮气气氛下，在1300～1400 ℃保温2～4小时，得到灰黑色粉体；
(9) 将上述灰黑色粉体置于700～800 ℃的空气中保温1～4小时，除去多余的碳，得到超细氮化铝粉体。
2.根据权利要求1所述的钙辅助低温合成超细氮化铝粉体的方法，其特征在于：所述的铝源为硝酸铝、醋酸铝、异丙醇铝、氯化铝和铝溶胶中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的钙辅助低温合成超细氮化铝粉体的方法，其特征在于：所述的钙源为硝酸钙、醋酸钙和氯化钙中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的钙辅助低温合成超细氮化铝粉体的方法，其特征在于：所述的溶剂为无水乙醇、丙酮和去离子水中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的钙辅助低温合成超细氮化铝粉体的方法，其特征在于：所述的碳源为葡萄糖、蔗糖、甲基纤维素、乙基纤维素、聚丙烯酸和聚丙烯酰胺中的一种或几种。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103320899A (zh) * 2013-07-01 2013-09-25 中国计量学院 一种纳米氮化铝纤维的制备方法
CN104211025A (zh) * 2014-08-29 2014-12-17 中国计量学院 一种立方相氮化铝纤维的制备方法
CN106082149A (zh) * 2016-06-15 2016-11-09 潮州三环（集团）股份有限公司 氮化铝粉体的制备方法
CN106699189A (zh) * 2016-11-25 2017-05-24 河北利福光电技术有限公司 一种氮化铝陶瓷基板用氮化铝粉体及其制备方法
CN108439992A (zh) * 2018-03-13 2018-08-24 绍兴文理学院 一种致密型氮化铝陶瓷的制备方法
CN108862216A (zh) * 2018-09-26 2018-11-23 湖南大学 一种高纯度、类球形纳米氮化铝颗粒的制备方法
CN109264679A (zh) * 2018-10-29 2019-01-25 陕西科技大学 一种AlN粉体的制备方法
CN111302807A (zh) * 2020-04-02 2020-06-19 上海闻泰信息技术有限公司 一种芯片用散热材料的制备方法、芯片用散热材料、散热芯片及应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4746637A (en) * 1984-11-08 1988-05-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Aluminum nitride sintered body and process for producing the same
JP2831411B2 (ja) * 1989-12-28 1998-12-02 三井化学株式会社 窒化アルミニウム粉末の製造方法
CN1513756A (zh) * 2003-06-27 2004-07-21 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种六方相纳米氮化铝粉体的制备方法
CN101935220A (zh) * 2010-08-31 2011-01-05 西安交通大学 碳纳米纤维增强氮化铝复相陶瓷及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4746637A (en) * 1984-11-08 1988-05-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Aluminum nitride sintered body and process for producing the same
JP2831411B2 (ja) * 1989-12-28 1998-12-02 三井化学株式会社 窒化アルミニウム粉末の製造方法
CN1513756A (zh) * 2003-06-27 2004-07-21 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种六方相纳米氮化铝粉体的制备方法
CN101935220A (zh) * 2010-08-31 2011-01-05 西安交通大学 碳纳米纤维增强氮化铝复相陶瓷及其制备方法

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103320899A (zh) * 2013-07-01 2013-09-25 中国计量学院 一种纳米氮化铝纤维的制备方法
CN104211025A (zh) * 2014-08-29 2014-12-17 中国计量学院 一种立方相氮化铝纤维的制备方法
CN104211025B (zh) * 2014-08-29 2016-01-20 中国计量学院 一种立方相氮化铝纤维的制备方法
CN106082149A (zh) * 2016-06-15 2016-11-09 潮州三环（集团）股份有限公司 氮化铝粉体的制备方法
CN106082149B (zh) * 2016-06-15 2018-09-25 潮州三环（集团）股份有限公司 氮化铝粉体的制备方法
CN106699189A (zh) * 2016-11-25 2017-05-24 河北利福光电技术有限公司 一种氮化铝陶瓷基板用氮化铝粉体及其制备方法
CN108439992A (zh) * 2018-03-13 2018-08-24 绍兴文理学院 一种致密型氮化铝陶瓷的制备方法
CN108862216A (zh) * 2018-09-26 2018-11-23 湖南大学 一种高纯度、类球形纳米氮化铝颗粒的制备方法
CN108862216B (zh) * 2018-09-26 2021-09-17 湖南大学 一种高纯度、类球形纳米氮化铝颗粒的制备方法
CN109264679A (zh) * 2018-10-29 2019-01-25 陕西科技大学 一种AlN粉体的制备方法
CN111302807A (zh) * 2020-04-02 2020-06-19 上海闻泰信息技术有限公司 一种芯片用散热材料的制备方法、芯片用散热材料、散热芯片及应用

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