CN112919432A - 氮化铝粉体及其改性制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及无机非金属材料中的电子陶瓷封装导热基板材料，特别地涉及一种氮化铝粉体及其改性制备方法。其中，氮化铝粉体的改性制备方法，包括如下步骤：a、将氮化铝粉体加入有机溶剂中，得到氮化铝的悬浮液；b、将正硅酸四乙酯(TEOS)复合磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)(AHP)溶解在有机溶剂中，得到复配溶液；c、将所述复配溶液加入所述氮化铝的悬浮液中，加热搅拌，得到混合悬浮液；d、利用有机溶剂清洗所述混合悬浮液，并过滤2～3次，干燥，得到氮化铝粉体。本申请解决了由于AlN粉体在潮湿的空气中易水解性能所导致的存储和应用的困难。具有操作简单，原料价格便宜，生产成本低，重复性好的优势。

Description

氮化铝粉体及其改性制备方法
技术领域
本申请涉及无机非金属材料中的电子陶瓷封装导热基板材料这一技术领域，特别地涉及一种氮化铝粉体及其改性制备方法。
背景技术
由于AlN陶瓷的导热性能非常好，且线膨胀系数也与硅相接近，介电常数和介电损耗也小，高的体积电阻率，并且无毒，耐高温和腐蚀，综上性能都是优于Al2O3和BeO。所以在新一代的散热电子器件中拥有很大的应用前景。是很理想的散热和封装材料。但是由于氮化铝粉末极易水解，当纳米AlN粉体发生水解时，在水解过程中产生的无定形态AlOOH(amorph)和Al(OH)3在陶瓷的烧结过程中最终都生成Al2O3，而中Al2O3的O原子很容易进入AlN晶格内，通过缺陷反应生成Al空位(VAl)缺陷和氧取代N的替代原子缺陷(ON)。VAl和ON缺陷会对AlN陶瓷中的声子传递产生散射效应，从而降低AlN陶瓷材料的热导率。这在储存和运输中都带来了一些不便。同时也阻碍了氮化铝水基工艺的发展。因此通过对氮化铝进行表面改性以提高其抗水解性能是很有必要的。
为了解决AlN粉体容易在潮湿的空气中水解的问题，研究工作者尝试通过不同的方法对AlN粉体进行表面改性，以提高其抗水解性能，从而免发生水解行为。在现有技术中，研究者利用有机羧酸对AlN粉末进行了改性，或者是用有机聚硅氮烷和AlN粉体结合，在保护气氛和高温下处理形成SiCO-AlN的核壳结构，提高了AlN粉体的抗水解性能。但由于前者在球磨过程的稳定性不好，后者当碳氮氧化硅壳的含量降低到一定值时，水解保护逐渐消失，因此都并非十分理想的改性方法。
发明内容
为了解决或至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种氮化铝粉体的改性制备方法，包括如下步骤：
a、将氮化铝粉体加入有机溶剂中，得到氮化铝的悬浮液；
b、将正硅酸四乙酯(TEOS)复合磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)(AHP)溶解在有机溶剂中，得到复配溶液；
c、将所述复配溶液加入所述氮化铝的悬浮液中，加热搅拌，得到混合悬浮液；
d、利用有机溶剂清洗所述混合悬浮液，并过滤2～3次，干燥，得到氮化铝粉体。
本申请还提供了一种氮化铝粉体，所述氮化铝粉体根据前述的方法制备而成。1、AHP可以在粉体表面形成保护层，与水隔离，防止发生水解反应。电离出的氢离子可以为TEOS提供酸性的水解条件。
2、工艺简单，抗水解效果显著，可在80℃的水中浸泡长达48h不发生水解反应。
3、能够很好的分散在水中，为后面氮化铝浆料的水基制备提供很好的条件。
综上所述，本申请解决了由于AlN粉体在潮湿的空气中易水解性能所导致的存储和应用的困难。具有操作简单，原料价格便宜，生产成本低，重复性好的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的实施方式，下面将对相关的附图做出简单介绍。可以理解，下面描述中的附图仅用于示意本申请的一些实施方式，本领域普通技术人员还可以根据这些附图获得本文中未提及的许多其他的技术特征。
图1为原始/改性AlN粉体在80℃水中浸没的pH-时间关系图；
图2为原始AlN粉体在80℃水中浸没的SEM图；
图3为改性AlN粉体在80℃水中浸没的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请进行详细说明。
本申请的发明人发现，在现有技术中，为了解决AlN粉体容易在潮湿的空气中水解的问题，人们尝试通过不同的方法对AlN粉体进行表面改性，以提高其抗水解性能，从而免发生水解行为。
例如，有研究者利用有机羧酸对AlN粉末进行了改性，或者是用有机聚硅氮烷和AlN粉体结合，在保护气氛和高温下处理形成SiCO-AlN的核壳结构，提高了AlN粉体的抗水解性能。
但是利用有机羧酸对AlN粉末进行改性所制备的AlN粉末，在球磨过程的稳定性并不理想。而利用有机聚硅氮烷和AlN粉体结合，在保护气氛和高温下处理形成SiCO-AlN的核壳结构，当碳氮氧化硅壳的含量降低到一定值时，水解保护逐渐消失，防护水解的稳定性较差。
有鉴于此，在本申请的实施例中，公开了一种氮化铝粉体的改性制备方法，包括如下步骤：
a、将氮化铝粉体加入有机溶剂中，得到氮化铝的悬浮液；
b、将正硅酸四乙酯(TEOS)复合磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)(AHP)溶解在有机溶剂中，得到复配溶液；
c、将所述复配溶液加入所述氮化铝的悬浮液中，加热搅拌，得到混合悬浮液；
d、利用有机溶剂清洗所述混合悬浮液，并过滤2～3次，干燥，得到氮化铝粉体。
本申请还提供了一种氮化铝粉体，所述氮化铝粉体根据前述的方法制备而成。其具体的实施步骤如下：
实施方式一
a、称取10g氮化铝粉体，分散在30ml的无水乙醇中形成悬浮液；
添加配好的复配溶液即AHP:0.1wt％、TEOS:0.3wt％，将氮化铝悬浮液和改性剂复配液混合，磁力搅拌使其均匀混合反应，加热反应温度为80℃，磁力转速为200rmp，充分搅拌反应2h；
b、得到复配溶液均匀包覆氮化铝粉体经过用无水乙醇过滤洗涤2～3次；。
c、接着使用恒温干燥，干燥温度80℃，获得改性好氮化铝粉体。
申请人经过测试发现，改性后的粉体在80℃的水中浸泡长达48h不发生水解反应。
实施方式二
a、称取10g氮化铝粉体，分散在30ml的无水乙醇中形成悬浮液；
b、添加配好的复配溶液即AHP:0.2wt％、TEOS:0.3wt％，将氮化铝悬浮液和改性剂复配液混合，磁力搅拌使其均匀混合反应，加热反应温度为80℃，磁力转速为200rmp，充分搅拌反应2h；
c、得到复配溶液均匀包覆氮化铝粉体经过用无水乙醇过滤洗涤2～3次；
d、接着使用恒温干燥，干燥温度80℃，获得改性好氮化铝粉体。
申请人经过测试发现，改性后的粉体在80℃的水中浸泡长达48h不发生水解反应。
实施方式三
a、称取20g氮化铝粉体，分散在30ml的无水乙醇中形成悬浮液；
b、添加配好的复配溶液即AHP:0.2wt％、TEOS:0.3wt％，将氮化铝悬浮液和改性剂复配液混合，磁力搅拌使其均匀混合反应，加热反应温度为80℃，磁力转速为200rmp，充分搅拌反应2h；
c、得到复配溶液均匀包覆氮化铝粉体经过用无水乙醇过滤洗涤2～3次；
d、接着使用恒温干燥，干燥温度80℃，获得改性好氮化铝粉体。
申请人经过测试发现，改性后的粉体在80℃的水中浸泡长达48h不发生水解反应。
实施方式四
a、称取10g氮化铝粉体，分散在30ml的无水乙醇中形成悬浮液；
b、添加配好的复配溶液即AHP:0.1wt％、TEOS:0.5wt％，将氮化铝悬浮液和改性剂复配液混合，磁力搅拌使其均匀混合反应，加热反应温度为80℃，磁力转速为200rmp，充分搅拌反应2h；
c、得到复配溶液均匀包覆氮化铝粉体经过用无水乙醇过滤洗涤2～3次；
d、接着使用恒温干燥，干燥温度80℃，获得改性好氮化铝粉体。
申请人经过测试发现，改性后的粉体在80℃的水中浸泡长达48h不发生水解反应。
参见图1所示，原始AlN粉体在80℃水中浸没后，pH值在短时间内即升高，之后维持在10左右，说明AlN粉体发生了水解。参见图2可见AlN粉体在发生水解后，形态呈发散状，说明发生了水解反应。
而经本申请的技术方案改性后的AlN粉体在80℃的水中浸泡，PH值在相当长的一段时间内都维持在4以下，参见图3可见AlN粉体始终维持着粘连的形态，说明AlN粉体具备了优秀的抗水解性能。这是由于AHP可以在粉体表面形成保护层，与水隔离，防止发生水解反应。电离出的氢离子可以为TEOS提供酸性的水解条件。
因此，本申请的氮化铝粉体的改性制备方法具有工艺简单的优势，所制备的氮化铝粉体可在80℃的水中浸泡长达48h不发生水解反应，具备了优越的抗水解性能。
本申请所制备的氮化铝粉体能够很好的分散在水中，为后面氮化铝浆料的水基制备提供很好的条件。
综上所述，本申请解决了由于AlN粉体在潮湿的空气中易水解性能所导致的存储和应用的困难。具有操作简单，原料价格便宜，生产成本低，重复性好的优势。
最后应说明的是，本领域的普通技术人员可以理解，为了使读者更好地理解本申请，本申请的实施方式提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (10)

1.一种氮化铝粉体的改性制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、将氮化铝粉体加入有机溶剂中，得到氮化铝的悬浮液；
b、将正硅酸四乙酯(TEOS)复合磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)(AHP)溶解在有机溶剂中，得到复配溶液；
c、将所述复配溶液加入所述氮化铝的悬浮液中，加热搅拌，得到混合悬浮液；
d、利用有机溶剂清洗所述混合悬浮液，并过滤2～3次，干燥，得到氮化铝粉体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤a中，对所述加入氮化铝粉体后的有机溶剂进行分散处理，所采用的分散方式为搅拌分散或超声分散。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤a中，在分散过程中采用搅拌分散，且搅拌时间为10～30min，搅拌速度为200～300rmp。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤a中，采用磁力或油浴的方式进行搅拌。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在分散过程中采用超声分散，且超声强度为150W～1500W，超声时间为5～30min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤c中，加热搅拌的时间为2～4h，加热温度为60～90℃，搅拌速度为200～300rmp。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤c中，采用磁力或油浴的方式进行搅拌。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤b中，复配溶液中正硅酸四乙酯(TEOS)的用量为氮化铝质量百分比的0.3～0.5wt％，复合磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)(AHP)的用量为氮化铝质量百分比的0.1～0.3wt％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤d中，借助干燥箱以真空或非真空的方式干燥，干燥温度为80℃～100℃，干燥时间为12～24h。
10.一种氮化铝粉体，其特征在于，所述氮化铝粉体根据权利要求1至9中任意一项所述的方法制备而成。
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