CN111825066A - 一种自催化高纯氮化铝的制备方法 - Google Patents

一种自催化高纯氮化铝的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自催化高纯氮化铝的制备方法，属于氮化铝合成技术领域，其包括如下步骤：(1)混料：以氢氧化铝粉、碳粉、氮化铝粉为原料并按照一定的重量比混合均匀，得到混合物料；(2)高温合成：将混合物料置于1350‑1420℃的一定压力的氮气和丙烷混合气体流中，反应1.5‑3小时，得反应产物；(3)脱碳：脱除反应产物中的碳，得到氮化铝粉。本发明公开的自催化高纯氮化铝的制备方法，选取氮化铝作为晶种，反应在一定压力的氮气和丙烷的混合气体流中进行，反应分子热运动增强，扩散渗透速率增大，起到自催化效果，缩短了反应合成时间，反应合成的温度降低了200‑400℃；并避免了添加其它助剂而带入的杂质元素污染，保证了制得的氮化铝的纯度。

Description

一种自催化高纯氮化铝的制备方法
技术领域
本发明涉及一种自催化高纯氮化铝的制备方法，属于氮化铝合成技术领 域。
背景技术
氮化铝具有热导率高、介电常数低、绝缘性好、机械强度高、膨胀系数 与硅芯片相匹配等优良特性，是优良的电路基板及白光LED红色荧光粉 (CaAlSiN3:Eu)的原料之一，市场需求大，应用前景广阔。
对于氮化铝陶瓷材料而言，氮化铝的性质，如形貌、纯度、粒度、氧含 量及其他杂质含量直接影响氮化铝陶瓷材料的热导率等性能以及后续烧结、 成型工艺。例如，当氮化铝粉体中的杂质含量偏高时，会使氮化铝粉体的烧 结性能差，很难获得致密的氮化铝陶瓷，使陶瓷的热导率会远低于理论值； 而且氮化铝属于共价化合物，自扩散系数低，如果粒度、形貌不均也将导致 难以烧结致密。因此，要制备出性能优良的氮化铝产品，必须先制备出高纯 度、细粒度、窄粒径分布、性能稳定的氮化铝粉末。
在各种制造氮化铝的方法中，铝粉直接氮化法、碳热还原法、化学气相 沉积法、自蔓延燃烧合成法及微波合成法均存在成本高、无法量产并且合成 的氮化铝晶型有缺陷、纯度低等缺点，并且制得的氮化铝粉末形貌复杂，导 致流动性差而很难达到较高的填充密度，影响材料的导热性。而传统的碳热 还原法虽然能实现规模化生产，但合成温度高，反应时间长，得到的氮化铝 纯度低。因此，目前的氮化铝制备方法有待进一步改进。
需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现 有技术。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术所存在的问题，通过提供一种自催化高 纯氮化铝的制备方法，可起到自催化效果，缩短了反应合成时间，使反应合 成的温度降低，产品纯度提高。
本发明通过采取以下技术方案实现上述目的：
一种自催化高纯氮化铝的制备方法，包括如下步骤：
(1)混料：
将氢氧化铝粉、碳粉、氮化铝粉为原料并按照一定的重量比混合均匀， 得到混合物料；
(2)高温合成：
将混合物料置于1350-1420℃的一定压力的氮气和丙烷混合气体流中，反 应1.5-3小时，得反应产物；
(3)脱碳：
脱除反应产物中的碳，得到氮化铝粉。
可选的，所述氢氧化铝、碳粉、氮化铝的重量比为 (60-72):(30-39):(1.6-2.2)。
可选的，所述氢氧化铝的纯度为5N，粒度为1-2μm，优选1-1.5μm。
可选的，所述氮化铝的纯度为5N，粒度为0.05-0.075μm，优选0.05-0.06μm。
可选的，所述碳粉的纯度为4N，粒度为2-4μm，优选2-3μm。
可选的，所述碳粉的原料为石墨、炭黑或活性炭，优选活性炭，活性炭 粉具有高的比表面积和良好的孔隙率，能增强碳化速度。
可选的，氮气与丙烷混合气体的压力为0.2-0.6MPa，优选0.4-0.5MPa。
可选的，氮气与丙烷的体积比为1:(1.0-2.0)％，优选1:(1.1-1.3)％。
可选的，步骤(2)高温合成的具体方法为：
(2.1)向推板式隧道炉内通入氮气使炉内空气完全排出，加热隧道炉使 炉内高温区的温度达到1350-1420℃后向炉内通入丙烷，继续加热维持炉内温 度，并维持氮气和丙烷的混合气体流的流速为0.2-0.5L/min；
(2.2)将混合物料装入碳质坩埚内，使坩埚以一定速度在反应炉内移动， 混合物料经过炉内高温区的时间达到1.5-3小时。
进一步的，所述隧道炉内共有7个控温区，7个控温区的加热温度分别为： 300±5℃、600±5℃、900±5℃、1200±5℃、(1350-1420)±5℃、(1350-1420) ±5℃、(1350-1420)±5℃。
可选的，所述碳质坩埚为石墨坩埚。
可选的，所述推板式隧道炉选用石墨推板。
可选的，步骤(3)脱碳的具体方法为：
反应产物出炉后送入温度为600-700℃的氧化炉脱碳1-3小时，然后冷却 到室温，即得到氮化铝粉。
进一步的，脱碳的温度为优选640-660℃，脱碳时间优选2.2小时。
可选的，步骤(1)混料的具体方法为：
将氢氧化铝、碳粉、氮化铝加入混合机，在12-20转/分钟转速下，混合 12-18小时。
进一步的，混料的转速优选14-16转/分钟，时间优选12-14小时。
可选的，所述高纯氮化铝的制备方法，还包括步骤(4)提纯：
将得到的氮化铝粉与电导率小于0.06S/m的纯水搅拌混合25-35分钟得 到浆料，对浆料脱水得到粉块；将得到的粉块再次与纯水混合均匀成浆料， 对浆料再次脱水得到粉块，反复多次后得纯净的氮化铝粉块；其中，纯水与 氮化铝的重量比为(3-4):(0.1-1.2)；
将得到的粉块在100-110℃温度下烘干后过100目筛，得提纯后的氮化铝 粉。
进一步的，提纯时纯水与氮化铝的重量比优选(3-4):1。
本申请的有益效果包括但不限于：
本发明提供的自催化高纯氮化铝的制备方法，(1)选取晶粒细小、比表 面积大的氮化铝作为晶种，反应过程中氮化铝晶种诱导碳化后的铝离子和氮 离子向晶种富集，使反应分子热运动增强，扩散渗透速率增大，起到自催化 效果，缩短了反应合成时间；其次，氮化铝晶种的加入使铝离子和氮离子结 合能力增强，促进共价键化合物的形成。再次，以氮化铝作为晶种来诱导反 应还避免了添加其它助剂而带入的杂质元素污染，保证了制得的氮化铝的纯 度。(2)合成反应在一定压力的氮气和丙烷的混合气体流中进行，减小了反 应生成的CO的浓度，促使反应正向进行；其次，丙烷促进了中间相碳化铝的 生成，进而促进铝、氮离子结合形成共价键化合物氮化铝，提高了反应效率。 另外，本发明提供的自催化高纯氮化铝的制备方法，高温合成反应优选在推 板式隧道炉内进行，连续生产，利于保证合成反应的温度、时间一致，保证 氮化铝产品性质的稳定性和一致性，纯度高。
具体实施方式
在以下内容中将会对本发明进行进一步的详细描述。但是需要指出的是， 以下的具体实施方式仅仅以示例性的方式给出本发明的具体操作实例，但是 本发明的保护范围不仅限于此。本发明的保护范围仅仅由权利要求书所限定。 本领域技术人员能够显而易见地想到，可以在本发明权利要求书限定的保护 范围之内对本发明所述的实施方式进行各种其它的改良和替换，并且仍然能 够实现相同的技术效果，达到本发明的最终技术目的。
以下将结合实施例对本发明进行详细阐述。
如无特殊说明，本说明书中各原料通过商业途径购得。为避免重复，先 将各实施例中所涉及的技术参数统一描述如下：
氢氧化铝粉：纯度5N，粒度1-2μm；采购自山东恒晶新材料有限公司；
活性碳粉：纯度4N，粒度2-4μm；采购自溧阳市晨丰活性炭有限公司；
氮化铝粉：纯度5N，粒度0.05-0.075μm，采购自山东恒晶新材料有限公 司；
推板式隧道炉：炉膛有效尺寸为12000mm×270mm×220mm(长×宽×高)， 采用钨丝加热管、石墨推板(尺寸为250×250×40㎜)，炉内依次划分为： 长度为500㎜的炉体进料过渡区、长度为1000㎜的进料区、长度为5600㎜ 的控温区(共7个温区，每个温区的长度为800mm)、长度为4900㎜的冷却区。
进炉口温度为50-70℃，出炉口温度为80-100℃。
实施例1：本实施例中自催化高纯氮化铝的制备方法如下：
(1)混料：
(1.1)投料：用干净毛巾擦净氢氧化铝粉、碳粉、氮化铝粉原料袋表面 灰尘及异物，将氢氧化铝粉72kg、碳粉39㎏、氮化铝粉2.0㎏分别加入混合 机上的混料桶中，拧紧混料桶上固定桶盖的螺丝，启动混料机，转速控制在 15转/分钟，混料12小时，得混合物料；
(1.2)卸料：按规定时间混好后，控制混料机开关，使混料机出料口垂 直向下，用干净毛巾擦除混料桶外表面及出料口的灰尘，把预先准备好的原 料桶置于出料口下，打开阀门放出混合物料；
(1.3)装料：装料时左手拿石墨坩埚，将坩埚的上口靠在原料桶边缘装 入混合物料，然后将坩埚推到隧道炉前端。
(2)高温合成：
(2.1)将压力为0.4MPa的氮气流充入燧道炉，当炉内全充满氮气后通 电升温；设定7个温区的温度分别为：300℃、600℃、900℃、1200℃、1420℃、 1420℃、1420℃，温度为1420℃的温区为高温区，待炉内高温区温度达到1420℃ 时，在氮气流中补入占氮气体积总量为1.2％的丙烷气体流，使炉内形成氮气 和丙烷的混合气体流，并将混合气体流的流速控制在0.2L/min，混合气体流 的压力控制在0.4MPa，继续加热3小时，保证合成气氛的一致性，等待进料；
(2.2)氮化合成：将装好混合物料的坩埚放在推板上，调好推板计时器 的推进时间，每17分钟自动推进一板(推板前进的长度等于推板的长度)， 得反应产物。
(3)脱碳：
反应产物出炉，在空气中降温冷却后送入氧化炉脱碳，脱碳温度为650℃， 时间为1.5小时，然后冷却到室温，出炉，得氮化铝粉。
(4)纯化：
将得到的氮化铝粉加入到电导率小于0.06S/m的纯水中，其中纯水与氮 化铝的重量比为3:1，搅拌30分钟得到浆料，将浆料移入离心机脱水，得到 氮化铝粉块；
将脱水后的氮化铝粉块再次移入3倍粉块重量的纯水中，继续搅拌30分 钟得到浆料，将浆料移入离心机脱水；
反复三次后，将得到的氮化铝粉块移入搪瓷盘中，在105℃温度下烘干， 然后过干筛100目，即得高纯氮化铝粉。
实施例2：本实施例与实施例1的区别之处在于：
氢氧化铝粉的重量为70㎏、碳粉的重量为36㎏、氮化铝粉的重量为2.2 ㎏；
混料时混合机的转速为12转/分钟，混料18小时；
反应炉中，混合气体流的流速控制在0.4L/min，混合气体流的压力控制 在0.2MPa，丙烷的通入量占氮气的1.0％，反应炉内温度为1350℃，坩埚置于 推板上每12分钟自动推进一板；
氧化炉内的脱碳温度为600℃，时间为2小时；
其他操作相同。
实施例3：本实施例与实施例1的区别之处在于：
氢氧化铝粉的重量为60㎏、碳粉的重量为30㎏、氮化铝粉的重量为1.6 ㎏；
混料时混合机的转速为20转/分钟，混料12小时；
反应炉中，混合气体流的流速控制在0.5L/min，混合气体流的压力控制 在0.3MPa，丙烷的通入量占氮气的1.2％，反应炉内温度为1400℃，坩埚置于 推板上每14分钟自动推进一板；
氧化炉内的脱碳温度为700℃，时间为1.7小时；
其他操作相同。
实施例4：本实施例与实施例1的区别之处在于：
氢氧化铝粉的重量为65㎏、碳粉的重量为35㎏、氮化铝粉的重量为2.1 ㎏；
混料时混合机的转速为18转/分钟，混料14小时；
反应炉中，混合气体流的流速控制在0.3L/min，混合气体流的压力控制 在0.5MPa，丙烷的通入量占氮气的1.1％，反应炉内温度为1380℃，坩埚置于 推板上每15分钟自动推进一板；
氧化炉内的脱碳温度为620℃，时间为1.5小时；
其他操作相同。
实施例5：本实施例与实施例1的区别之处在于：
氢氧化铝粉的重量为63㎏、碳粉的重量为33㎏、氮化铝粉的重量为1.8 ㎏；
混料时混合机的转速为17转/分钟，混料13小时；
反应炉中，混合气体流的流速控制在0.2L/min，混合气体流的压力控制 在0.6MPa，丙烷的通入量占氮气的1.2％，反应炉内温度为1420℃，坩埚置于 推板上每13分钟自动推进一板；
氧化炉内的脱碳温度为670℃，时间为2.2小时；
其他操作相同。
检测结果：
(1)元素含量：
使用ICP(电感耦合等离子光谱分析)对本发明各实施例制备的氮化铝产 品中的关键元素含量进行了检测，结果见下表1。
表1各实施例制得的氮化铝产品中的元素含量
Figure BDA0002611582830000071
Figure BDA0002611582830000081
(2)粒径：
使用丹东百特激光粒度分布仪(BT-9300S)对本发明实施例制备的氮化 铝产品进行了粒度分析，其中位径(D50)为2.118μm。
对比例1：本对比例与实施例1的不同之处在于：
将氢氧化铝替换为氧化铝(纯度为5N，粒度为2-3μm)，氧化铝粉的重量 为100㎏、碳粉的重量为39㎏、氮化铝粉的重量为2㎏；
其他操作相同。
对比例2：本对比例与实施例1的不同之处在于：
氮化铝粉的重量为0.5㎏；
其他操作相同。
对比例3：本对比例与实施例1的不同之处在于：
步骤(2.1)为：将压力为0.4MPa的氮气流充入燧道炉，当炉内全充满 氮气后通电升温达到1420℃，将氮气流的流速控制在0.2L/min，继续加热3 小时，等待进料；
其他操作相同。
对比例4：本对比例与实施例1的不同之处在于：
步骤(2.1)为：将压力为0.4MPa的氮气流充入燧道炉，当炉内全充满 氮气后通电升温；待炉内高温区温度达到1420℃时，在氮气流中补入占氮气 体积总量为3.0％的丙烷气体流，使炉内形成氮气和丙烷的混合气体流，并将 混合气体流的流速控制在0.2L/min，混合气体流的压力控制在0.4MPa，继续 加热3小时，等待进料；
其他操作相同。
对比例5：本对比例与实施例1的不同之处在于：
步骤(2.1)为：将压力为0.4MPa的氮气流充入燧道炉，当炉内全充满 氮气后通电升温；待炉内高温区温度达到1100℃时，在氮气流中补入占氮气 体积总量为1.2％的丙烷气体流，使炉内形成氮气和丙烷的混合气体流，并将 混合气体流的流速控制在0.2L/min，混合气体流的压力控制在0.4MPa，继续 加热3小时，等待进料；
其他操作相同。
元素含量检测结果：
使用ICP(电感耦合等离子光谱分析)对本发明各对比例制备的氮化铝产 品中的关键元素含量进行了检测，结果见下表2。
表2各对比例制得的氮化铝产品中的元素含量
Figure BDA0002611582830000091
通过比较对比例1与本发明结果可知，氢氧化铝活性比氧化铝活性强， 降低了合成的条件；高纯氧化铝是通过氢氧化铝经高温脱水转相的生成物， 而在此过程中，会增加大量的成本，而且在转相过程中会产生外来元素的污 染及交叉污染。本发明采用氢氧化铝代替氧化铝在氮化过程中氢氧根离子对 反应有促进作用。对比表1和表2中数据可看到，对比例1得到的氮化铝产 品中杂质元素含量高，本发明实施例得到的产品中杂质元素含量极低。
通过比较对比例2与本发明结果可知，氮化铝晶种的加入量过少时，在 同样的合成温度和时间内，反应不完全，产品中有杂相产生。
通过比较对比例3与本发明结果可知，反应炉内不通入丙烷，即只在氮 气氛围中进行时，反应速度会降低，转化不完全，得到的氮化铝中有氢氧化 铝。
通过比较对比例4与本发明结果可知，反应炉内通入丙烷量较大时，反 应过程中会有水分子产生，降低了实际合成温度，影响氮化速率，得到的产 物中氢氧化铝转化不完全。
通过比较对比例5与本发明结果可知，反应温度较低时，在同样的合成 时间内，反应不完全，产品中有杂相产生。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域 的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本 发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种自催化高纯氮化铝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)混料：
以氢氧化铝粉、碳粉、氮化铝粉为原料并按照一定的重量比混合均匀，得到混合物料；
(2)高温合成：
将混合物料置于1350-1420℃的一定压力的氮气和丙烷混合气体流中，反应1.5-3小时，得反应产物；
(3)脱碳：
脱除反应产物中的碳，得到氮化铝粉。
2.根据权利要求1所述的自催化高纯氮化铝的制备方法，其特征在于，所述氢氧化铝、碳粉、氮化铝的重量比为(60-72):(30-39):(1.6-2.2)。
3.根据权利要求1所述的自催化高纯氮化铝的制备方法，其特征在于，
所述氢氧化铝的纯度为5N，粒度为1-2μm；
所述氮化铝的纯度为5N，粒度为0.05-0.075μm；
所述碳粉的纯度为4N，粒度为2-4μm；所述碳粉的原料为石墨、炭黑或活性炭，优选活性炭。
4.根据权利要求1所述的自催化高纯氮化铝的制备方法，其特征在于，氮气与丙烷混合气体的压力为0.2-0.6MPa。
5.根据权利要求1所述的自催化高纯氮化铝的制备方法，其特征在于，氮气与丙烷的体积比为1:(1.0-2.0)％。
6.根据权利要求1所述的自催化高纯氮化铝的制备方法，其特征在于，步骤(2)高温合成的具体方法为：
(2.1)向推板式隧道炉内通入氮气使炉内空气完全排出，加热隧道炉使炉内高温区的温度达到1350-1420℃后向炉内通入丙烷，继续加热维持炉内温度，并维持氮气和丙烷的混合气体流的流速为0.2-0.5L/min；
(2.2)将混合物料装入碳质坩埚内，使坩埚以一定速度在反应炉内移动，混合物料经过炉内高温区的时间达到1.5-3小时。
7.根据权利要求6所述的自催化高纯氮化铝的制备方法，其特征在于，所述隧道炉内共有7个控温区，7个控温区的加热温度分别为：300±5℃、600±5℃、900±5℃、1200±5℃、(1350-1420)±5℃、(1350-1420)±5℃、(1350-1420)±5℃。
8.根据权利要求1所述的自催化高纯氮化铝的制备方法，其特征在于，步骤(3)脱碳的具体方法为：
反应产物出炉后送入温度为600-700℃的氧化炉脱碳1-3小时，然后冷却到室温，即得到氮化铝粉。
9.根据权利要求1所述的自催化高纯氮化铝的制备方法，其特征在于，步骤(1)混料的具体方法为：
将氢氧化铝、碳粉、氮化铝加入混合机，在12-20转/分钟转速下，混合12-18小时。
10.根据权利要求1所述的自催化高纯氮化铝的制备方法，其特征在于，还包括步骤(4)提纯：
将得到的氮化铝粉与电导率小于0.06S/m的纯水搅拌混合25-35分钟得到浆料，对浆料脱水得到粉块；将得到的粉块再次与纯水混合均匀成浆料，对浆料再次脱水得到粉块，反复多次后得纯净的氮化铝粉块；其中，纯水与氮化铝的重量比为(3-4):(0.1-1.2)；
将得到的粉块在100-110℃温度下烘干后过100目筛，得提纯后的氮化铝粉。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4680278A (en) * 1984-12-24 1987-07-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Process for preparing aluminum nitride powder
JPH035310A (ja) * 1989-05-31 1991-01-11 Toshiba Ceramics Co Ltd 窒化アルミニウムの製造方法およびその製造用連続炉
CN101734923A (zh) * 2009-12-04 2010-06-16 西安交通大学 一种氮化铝多孔陶瓷及其制备方法
CN108002354A (zh) * 2016-11-01 2018-05-08 河北正雍新材料科技有限公司 一种粒径可控类球形氮化铝粉体的制备方法
CN109437130A (zh) * 2018-11-11 2019-03-08 淄博市新阜康特种材料有限公司 氮化铝粉体的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4680278A (en) * 1984-12-24 1987-07-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Process for preparing aluminum nitride powder
JPH035310A (ja) * 1989-05-31 1991-01-11 Toshiba Ceramics Co Ltd 窒化アルミニウムの製造方法およびその製造用連続炉
CN101734923A (zh) * 2009-12-04 2010-06-16 西安交通大学 一种氮化铝多孔陶瓷及其制备方法
CN108002354A (zh) * 2016-11-01 2018-05-08 河北正雍新材料科技有限公司 一种粒径可控类球形氮化铝粉体的制备方法
CN109437130A (zh) * 2018-11-11 2019-03-08 淄博市新阜康特种材料有限公司 氮化铝粉体的制备方法

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