CN106882773B - 一种制备氮化铝的方法 - Google Patents

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    • C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
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    • C01B21/0726—Preparation by carboreductive nitridation

Abstract

本发明公开一种氮化铝的制备工艺，该工艺分为两段，第一段以氧化铝和碳为原料，在真空、高温的条件下进行碳热还原反应，形成以碳化铝、碳氧化铝为主的固态产物；第二段以第一段的产物为原料，研磨后置于碳质坩埚中或与少量碳原料混合，在氮气氛下进行高温氮化反应得到氮化铝；本发明制备氮化铝所需温度较低、反应时间较短，得到的氮化铝粉体含碳量低，可以缩短或省去后续的除碳步骤，不会产生除一氧化碳以外的其他废气，容易实现工业化。

Description

一种制备氮化铝的方法
技术领域
本发明涉及一种两段法制备氮化铝的工艺，属于材料科学技术领域。
背景技术
氮化铝以其高的热导率、可靠的电绝缘性、耐高温、耐腐蚀、低的介电常数以及与硅相匹配的热膨胀系数等一系列的优良特点，成为理想的电路基板材料和电子器件封装材料。氮化铝的合成方法主要有铝粉直接氮化法、碳热还原法、化学气相沉积法、自蔓延燃烧合成法和微波合成法等。铝粉直接氮化法和碳热还原法实现了工业化生产。碳热还原法具有原料来源广、价格低、工艺过程简单的特点，合成粉末在纯度、粒度以及稳定性等方面占较大优势。
碳热还原法是在1600～1800℃下，将氧化铝和碳的混合物在氮气流中反应4～10h，得到含有过量碳的氮化铝粉末，反应为：
Al2O3(s)+3C(s)+N2(g)=2AlN(s)+3CO(s)
然后在600～900℃保温10～16h，脱碳后得到氮化铝。
中国专利CN1435371A、CN 101973532 B和CN 101973534 A采用硝酸铝等含铝化合物作为铝源、葡萄糖等含碳有机物或炭黑等作为碳源，适当加入添加剂，制备前驱物，再进行氮化，可以降低反应温度。但在制备前驱物的过程中，会产生大量含氮废气或其他废气。
发明内容
本发明提供了一种氮化铝的制备方法，该方法采用两段法制备氮化铝粉体，能够降低制备温度，缩短制备时间，制得的氮化铝粉体中的碳含量低，可以缩短或省去后续的除碳步骤，不会产生除一氧化碳以外的其他废气，容易实现工业化。
本发明方法具体步骤如下：
第一段，真空下碳热还原氧化铝制备碳化铝、碳氧化铝为主的固态产物
（1）将氧化铝原料和碳原料以质量比2.8:1～3:1的比例配比，混合均匀得到混合原料；
（2）将步骤（1）的混合原料置于反应炉中，将反应炉抽真空至压力低于5Pa，升温到1300～1600℃，保温20～50分钟，保温过程中持续抽真空；
（3）保温完成后开始降温，温度降至室温后，停止抽真空，打开反应炉，取出反应产物，该产物主要由碳化铝和碳氧化铝组成；
第二段，氮化制备氮化铝
（4）将步骤（3）的反应产物研磨后，作为氮化原料置于碳质坩埚中或者将反应产物与碳原料按质量比1:0.05～1:0.2的比例混匀研磨，作为氮化原料；
（5）将步骤（4）氮化原料置于反应炉中，反应炉充入氮气，升温到1400℃～1700℃，保温80～300分钟，保温过程中持续通氮气，氮气流速为0.1～1.5L/min；
（6）保温完成后开始降温，温度降至室温后，停止通氮气，打开反应炉，取出反应产物，即为低碳含量的氮化铝粉末。
本发明中碳原料可以为石墨、炭黑或木炭等。
所述碳质坩埚为石墨坩埚。
本发明的制备原理如下：
第一段，Al2O3与C反应生成以Al4O4C、Al4C3为主的固态产物，如反应（1）所示；
Al2O3+C→Al4O4C、Al4C3等+CO(g) （1）
第二段，Al4O4C、Al4C3与N2反应形成AlN，如反应（2）所示，反应所需温度比氧化铝直接碳热还原氮化明显降低，相同温度下所需反应时间大幅缩短。
Al4O4C、Al4C3+N2→AlN+CO(g) (2)
第二段需要过量的碳保证氮化完全，但碳不需要与原料直接接触，就可以参与反应，因此，第二段氮化反应在碳质坩埚中进行，不足的少量碳可以由碳质坩埚补充，从而得到低碳含量的氮化铝；或者也可以添加少量碳保证氮化。
本发明的有益效果：
（1）与氧化铝直接碳热还原氮化法相比，两段法制备氮化铝所需温度明显降低；
（2）与氧化铝直接碳热还原氮化法相比，在相同的制备温度下，两段法制备氮化铝，所需总反应时间大幅缩短；
（3）与氧化铝直接碳热还原氮化法相比，两段法制备氮化铝不需要加入过量的碳，得到的氮化铝粉末含碳量低，可以缩短或省去后续的除碳步骤；
（4）不会产生除一氧化碳以外的其他废气；
（5）容易实现工业化。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：本实施例氮化铝粉末的制备方法，具体步骤如下：
第一段，真空下碳热还原氧化铝制备碳化铝、碳氧化铝为主的固态产物
（1）将氧化铝粉和石墨粉以质量比2.8:1的比例配比，混合均匀得到混合原料；
（2）将步骤（1）的混合原料置于反应炉中，将反应炉抽真空至压力低于5Pa，升温到1300℃，保温50分钟，保温过程中持续抽真空；
（3）保温完成后开始降温，温度降至室温后，停止抽真空，打开反应炉，取出反应产物，该产物主要由碳化铝和碳氧化铝组成；
第二段，氮化制备氮化铝
（4）将步骤（3）的反应产物研磨置于石墨坩埚中，作为氮化原料；
（5）将步骤（4）的装有氮化原料的石墨坩埚置于反应炉中，反应炉充入氮气，升温到1400℃，保温300分钟，保温过程中持续通氮气，氮气流速为1.5L/min；
（6）保温完成后开始降温，温度降至室温后，停止通氮气，打开反应炉，取出反应产物，即得氮化铝粉末。
实施例2：本实施例氮化铝粉末的制备方法，具体步骤如下：
第一段，真空下碳热还原氧化铝制备碳化铝、碳氧化铝为主的固态产物
（1）将氧化铝粉和石墨粉以质量比2.8:1的比例配比，混合均匀得到混合原料；
（2）将步骤（1）的混合原料置于反应炉中，将反应炉抽真空至压力低于3Pa，升温到1400℃，保温40分钟，保温过程中持续抽真空；
（3）保温完成后开始降温，温度降至室温后，停止抽真空，打开真空炉，取出反应产物，该产物主要由碳化铝和碳氧化铝组成；
第二段，氮化制备氮化铝
（4）将步骤（3）的反应产物研磨置于石墨坩埚中，作为氮化原料；
（5）将步骤（4）的装有氮化原料的石墨坩埚置于反应炉中，反应炉充入氮气，升温到1500℃，保温240分钟，保温过程中持续通氮气，氮气流速为1L/ min；
（6）保温完成后开始降温，温度降至室温后，停止通氮气，打开反应炉，取出反应产物，即得氮化铝粉末。
实施例3：本实施例氮化铝粉末的制备方法，具体步骤如下：
第一段，真空下碳热还原氧化铝制备碳化铝、碳氧化铝为主的固态产物
（1）将氧化铝粉和炭黑以质量比2.9:1的比例配比，混合均匀得到混合原料；
（2）将步骤（1）的混合原料置于反应炉中，将反应炉抽真空至压力低于1Pa，升温到1500℃，保温30分钟，保温过程中持续抽真空；
（3）保温完成后开始降温，温度降至室温后，停止抽真空，打开反应炉，取出反应产物，该产物主要由碳化铝和碳氧化铝组成；
第二段，氮化制备氮化铝
（4）将步骤（3）的反应产物研磨置于石墨坩埚中，作为氮化原料；
（5）将步骤（4）的装有氮化原料的石墨坩埚置于反应炉中，反应炉充入氮气，升温到1600℃，保温180分钟，保温过程中持续通氮气，氮气流速为1L/ min；
（6）保温完成后开始降温，温度降至室温后，停止通氮气，打开反应炉，取出反应产物，即得氮化铝粉末。
实施例4：本实施例所述氮化铝粉末的制备方法，具体步骤如下：
第一段，真空下碳热还原氧化铝制备碳化铝、碳氧化铝为主的固态产物
（1）将氧化铝粉和木炭粉以质量比3:1配比，混合均匀得到混合原料；
（2）将步骤（1）的混合原料置于反应炉中，将反应炉抽真空至压力低于0.1Pa，升温到1600℃，保温20分钟，保温过程中持续抽真空；
（3）保温完成后开始降温，温度降至室温后，停止抽真空，打开反应炉，取出反应产物，该产物主要由碳化铝和碳氧化铝组成；
第二段，氮化制备氮化铝
（4）将步骤（3）的反应产物研磨置于石墨坩埚中，作为氮化原料；
（5）将步骤（4）的装有氮化原料的石墨坩埚置于反应炉中，将反应炉充入氮气，升温到1700℃，保温80分钟，保温过程中持续通氮气，氮气流速为0.1L/ min；
（6）保温完成后开始降温，温度降至室温后，停止通氮气，打开反应炉，取出反应产物，即得氮化铝粉末。
实施例5：本实施例所述氮化铝粉末的制备方法，具体步骤如下：
第一段，真空下碳热还原氧化铝制备碳化铝、碳氧化铝为主的固态产物
（1）将氧化铝粉和炭黑以质量比2.9:1的比例配比，混合均匀得到混合原料；
（2）将步骤（1）的混合原料置于反应炉中，将反应炉抽真空至压力低于0.1Pa，升温到1500℃，保温30分钟，保温过程中持续抽真空；
（3）保温完成后开始降温，温度降至室温后，停止抽真空，打开反应炉，取出反应产物，该产物主要由碳化铝和碳氧化铝组成；
第二段，氮化制备氮化铝
（4）将步骤（3）反应产物与炭黑按质量比1: 0.1的比例混匀研磨，作为氮化原料；
（5）将步骤（4）氮化原料置于反应炉中，反应炉充入氮气，升温到1650℃，保温120分钟，保温过程中持续通氮气，氮气流速为0.5L/ min；
（6）保温完成后开始降温，温度降至室温后，停止通氮气，打开反应炉，取出反应产物，即得氮化铝粉末。
实施例6：本实施例氮化铝粉末的制备方法，具体步骤如下：
第一段，真空下碳热还原氧化铝制备碳化铝、碳氧化铝为主的固态产物
（1）将氧化铝粉和石墨粉以质量比2.8:1的比例配比，混合均匀得到混合原料；
（2）将步骤（1）的混合原料置于反应炉中，将反应炉抽真空至压力低于2Pa，升温到1400℃，保温40分钟，保温过程中持续抽真空；
（3）保温完成后开始降温，温度降至室温后，停止抽真空，打开真空炉，取出反应产物，该产物主要由碳化铝和碳氧化铝组成；
第二段，氮化制备氮化铝
（4）将步骤（3）反应产物与石墨粉按质量比1: 0.2的比例混匀研磨，作为氮化原料；
（5）将步骤（4）氮化原料置于反应炉中，反应炉充入氮气，升温到1500℃，保温240分钟，保温过程中持续通氮气，氮气流速为1L/ min；
（6）保温完成后开始降温，温度降至室温后，停止通氮气，打开反应炉，取出反应产物，即得氮化铝粉末。

Claims (3)

1.一种制备氮化铝的方法，其特征在于，具体步骤如下：
第一段，真空下碳热还原氧化铝
（1）将氧化铝和碳原料以质量比2.8:1～3:1的比例，混合均匀得到混合原料；
（2）将步骤（1）的混合原料置于反应炉中，将反应炉抽真空至压力低于5Pa，升温到1300～1600℃，保温20～50分钟，保温过程中持续抽真空；
（3）保温完成后开始降温，降至室温后，停止抽真空，打开反应炉，取出反应产物；
第二段，氮化制备氮化铝
（4）将步骤（3）的反应产物研磨后置于碳质坩埚中或者将反应产物与碳原料按质量比1:0.05～1:0.2的比例混匀研磨，作为氮化原料；
（5）将步骤（4）氮化原料置于反应炉中，反应炉充入氮气，升温到1400℃～1700℃，保温80～300分钟，保温过程中持续通氮气，氮气流速为0.1～1.5L/min；
（6）保温完成后开始降温，降至室温后，停止通氮气，打开反应炉，取出反应产物，即得氮化铝粉末。
2.根据权利要求1所述的制备氮化铝的方法，其特征在于：碳原料为石墨、炭黑或木炭。
3.根据权利要求1所述的制备氮化铝的方法，其特征在于：碳质坩埚为石墨坩埚。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108793101A (zh) * 2018-06-15 2018-11-13 昆明理工大学 一种真空下氧化铝碳热氮化还原制备氮化铝的方法
CN108793102A (zh) * 2018-06-26 2018-11-13 宁夏艾森达新材料科技有限公司 一种高气压制备氮化铝粉末的方法
CN109763202B (zh) * 2019-01-03 2021-10-12 昆明理工大学 一种氮化铝纤维的制备方法
CN111663185A (zh) * 2020-06-22 2020-09-15 哈尔滨化兴软控科技有限公司 一种用于制备pvt法氮化铝单晶生长用粉料的装置及方法
CN112142020B (zh) * 2020-09-08 2021-12-24 北京科技大学 一种碳热还原制备氮化铝纤维的方法
CN113753867B (zh) * 2021-08-31 2023-09-12 湖南邦普循环科技有限公司 一种氮化铝的制备方法
CN115403389B (zh) * 2022-08-17 2023-06-13 中铝山东有限公司 一种类球形氮化铝粉体及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102442668A (zh) * 2011-10-08 2012-05-09 昆明理工大学 一种由氧化铝制备碳化铝的方法
CN106187203A (zh) * 2016-07-19 2016-12-07 华中科技大学 一种基于碳化铝制备氮化铝粉体的方法及其产品

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102442668A (zh) * 2011-10-08 2012-05-09 昆明理工大学 一种由氧化铝制备碳化铝的方法
CN106187203A (zh) * 2016-07-19 2016-12-07 华中科技大学 一种基于碳化铝制备氮化铝粉体的方法及其产品

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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固态氧化铝碳热还原反应研究进展;冯月斌等;《中国有色金属学报》;20130331;第23卷(第3期);866-872

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