CN114149266A - 一种抗水解氮化铝粉末及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种抗水解氮化铝粉末及其制备方法，属于无机非金属材料技术领域，方法包括：将有机酸和改性剂溶解于溶剂中，得到混合溶液；将氮化铝粉末和所述混合溶液混合，后进行分散，得到浆料；将所述浆料进行固液分离和烘干，得到抗水解氮化铝粉末；通过使用有机酸在乙醇中分散后，加入非离子型改性剂对AlN粉末进行处理，在AlN粉末外部形成保护壳体，本方法制备的氮化铝粉末在室温下浸泡在水中可以16d不水解，在60℃条件下，改性后的氮化铝粉末在水中可以稳定存在120h不发生水解。
Description
技术领域
本发明属于无机非金属材料技术领域，特别涉及一种抗水解氮化铝粉末及其制备方法。
背景技术
氮化铝因其导热性能好(理论热导率为320W/(m.K)，实际值可达260W/(m.K)，为氧化铝陶瓷的10-15倍)，介电常数低，是新一代半导体基片和电子封装器件的理想材料，在混合集成电路，电子电路模块、卫星系统的发射器、激光器的散热底座等方面广泛应用。良好的机械强度与热稳定性，使其在结构陶瓷和耐火材料领域也具有广泛用途。
AlN粉末的性质对AlN陶瓷的制备工艺和陶瓷性能有着直接影响，氮化铝粉末极易在潮湿的空气中发生水解，造成粉末表面覆盖一层氮化铝水解产物,影响氮化铝陶瓷导热率，提高氮化铝的抗水解性能显得尤为重要。氮化铝对水敏感，制备出的氮化铝粉末产品温度较高，在冷却和储存的过程中极易和空气中的水分发生水解反应，给粉末储存、运输造成困难，氮化铝粉末加工成片材或板材的工艺过程中，因工艺多半采用流延成型工艺，不可避免地要涉及各种水基浆料或水溶性粘结剂，这些都影响粉末的使用性能。
氮化铝粉末对水敏感，粉末在制备和储存的过程中极易和空气中的水分发生水解反应，水解产物使得AlN晶格中溶入大量的氧，使粉末氧含量增加，导致氮化铝陶瓷导热率下降(氧在AlN晶格中产生极大的声子散射从而降低导热率)，给氮化铝粉末储存、运输造成困难；在导热填料应用领域，水解产物形成的氨气对填料中的催化剂有很大的不利影响；同时氮化铝粉体表面水解会影响硅胶片的固化，成型时表面会有起泡现象，影响硅胶片的使用寿命。氮化铝粉末的易水解性已经成为氮化铝陶瓷得到广泛应用的最大障碍，如何克服氮化铝粉末的易水解性，已经成为近年来AlN应用的研究焦点。
现有的技术能制备出在空气中及潮湿环境中不水解的氮化铝粉末，如：目前常用的表面处理是利用酸洗或者利用磷酸和磷酸二氢铝处理，这两种方式只能解决室温条件下的氮化铝水解问题，且抗水解时间有限。
发明内容
本申请的目的在于提供一种抗水解氮化铝粉末及其制备方法，以解决氮化铝粉末在温水中水解的问题。
本发明实施例提供了一种抗水解氮化铝粉末的制备方法，所述方法包括：
将有机酸和改性剂溶解于溶剂中，得到混合溶液；
将氮化铝粉末和所述混合溶液混合，后进行分散，得到浆料；
将所述浆料进行固液分离和烘干，得到抗水解氮化铝粉末。
可选的，所述改性剂为非离子型改性剂。
可选的，所述非离子型改性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、乙二醇单硬脂酸脂或山梨醇单月桂酸脂中的一种。
可选的，所述有机酸包括月桂酸、脂肪酸或水杨酸中的一种。
可选的，所述分散采用超声分散，所述超声分散的超声强度为200w-700w，所述超声分散度的超声时间为15min-20min。
可选的，所述分散的温度为55℃-65℃。
可选的，所述烘干包括真空干燥或者喷雾干燥中的一种，所述烘干的温度为60℃-90℃。
可选的，所述抗水解氮化铝粉末中，所述有机酸的质量百分比含量为0.8％-10％，所述改性剂的质量百分比含量为0.5％-15％。
可选的，所述溶剂为乙醇。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种抗水解氮化铝粉末，所述粉末采用如上所述的抗水解氮化铝粉末的制备方法制得。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的抗水解氮化铝粉末的制备方法，所述方法包括：将有机酸和改性剂溶解于溶剂中，得到混合溶液；将氮化铝粉末和所述混合溶液混合，后进行分散，得到浆料；将所述浆料进行固液分离和烘干，得到抗水解氮化铝粉末；通过使用有机酸在乙醇中分散后，加入非离子型改性剂对AlN粉末进行处理，在AlN粉末外部形成保护壳体，本方法制备的氮化铝粉末在室温下浸泡在水中可以16d不水解，在60℃条件下，改性后的氮化铝粉末在水中可以稳定存在120h不发生水解。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的方法的流程图；
图2是本发明实施例1和对比例1提供的氮化铝粉末在60℃水中浸泡120h，悬浮液pH值随时间变化的情况图；
图3是本发明实施例1和对比例1提供的氮化铝粉末在60℃水中浸泡120h后，粉末烘干后的XRD图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种抗水解氮化铝粉末的制备方法，所述方法包括：
S1.将有机酸和改性剂溶解于溶剂中，得到混合溶液；
在一些实施例中，改性剂为非离子型改性剂，具体的，非离子型改性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、乙二醇单硬脂酸脂或山梨醇单月桂酸脂中的一种。
在一些实施例中，有机酸包括月桂酸、脂肪酸或水杨酸中的一种。
本实施例中，溶剂采用乙醇。
S2.将氮化铝粉末和所述混合溶液混合，后进行分散，得到浆料；
在一些实施例中，分散采用超声分散，所述超声分散的超声强度为200w-700w，所述超声分散度的超声时间为15min-20min。
在一些实施例中，分散的温度为55℃-65℃，具体而言，可以采用采用水浴方式对分散液温度进行控制并采用磁力搅拌方式分散。
S3.将所述浆料进行固液分离和烘干，得到抗水解氮化铝粉末。
具体而言，固液分离的实施方式可以用真空抽滤对水浴后的浆料抽滤。
在一些实施例中，烘干包括真空干燥或者喷雾干燥中的一种，所述烘干的温度为60℃-90℃。
在实际操作中，抗水解氮化铝粉末的制备步骤如下：
1)将有机酸、非离子型改性剂置于乙醇的有机溶剂中，采用磁力搅拌方式对溶液进行充分分散，然后加入氮化铝粉末，进行超声分散，超声强度为200-700w，超声时间15-20min；
2)采用水浴方式对分散液温度进行控制并采用磁力搅拌方式分散，用真空抽滤对水浴后的浆料抽滤，烘干，烘干方式采用真空干燥或者喷雾干燥方式，干燥温度控制在60-90℃。
根据本发明另一种典型的实施方式，还提供了一种抗水解氮化铝粉末，所述粉末采用如上提供的抗水解氮化铝粉末的制备方法制得，有机酸和非离子型改性剂形成壳体包覆于AlN粉末外部，其中有机酸质量百分比含量0.8-10wt％，非离子型改性剂质量百分比含量0.5-15wt％，优选的，有机酸质量百分比含量1.32-3.76wt％，非离子型改性剂质量百分比含量3.26-8.75wt％。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的抗水解氮化铝粉末及其制备方法进行详细说明。
实施例1
称取0.3g月桂酸，加入到50ml乙醇溶液中，采用磁力搅拌方式将月桂酸与乙醇混合溶液分散搅拌20min，搅拌速度400rpm，在分散后的月桂酸与乙醇混合溶液中加入15g氮化铝粉末超声分散20min，将混合物放在水浴锅中，水浴温度设定在60℃，加入1.5g脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌2h，充分分散。将制得的氮化铝浆料用乙醇冲洗，用真空抽滤成滤饼，放在真空干燥箱60℃干燥8h后获得改性后的氮化铝粉末。
实施例2
本实施例与实施例一基本相同，特别指出在于：
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：
称取0.5g脂肪酸，加入到80ml乙醇溶液中，采用磁力搅拌方式将脂肪酸与乙醇混合溶液分散搅拌20min，搅拌速度400rpm，在分散后的脂肪酸与乙醇混合溶液中加入20g氮化铝粉末超声分散20min，将混合物放在水浴锅中，水浴温度设定在60℃，加入2g乙二醇单硬脂酸脂，搅拌2h，充分分散。将制得的氮化铝浆料用乙醇冲洗，用真空抽滤成滤饼，放在真空干燥箱60℃干燥8h后获得改性后的氮化铝粉末。
实施例3
本实施例与上述实施例基本相同，特别指出在于：
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：
称取0.8g月桂酸，加入到100ml乙醇溶液中，采用磁力搅拌方式将月桂酸与乙醇混合溶液分散搅拌20min，搅拌速度400rpm，在分散后的脂肪酸与乙醇混合溶液中加入20g氮化铝粉末超声分散20min，将混合物放在水浴锅中，水浴温度设定在60℃，加入1.6g乙二醇单硬脂酸脂，搅拌2h，充分分散。将制得的氮化铝浆料用乙醇冲洗，用真空抽滤成滤饼，放在真空干燥箱60℃干燥8h后获得改性后的氮化铝粉末。
实施例4
本实施例与前述实施例基本相同，特别指出在于：
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：
称取0.8g水杨酸，加入到90ml乙醇溶液中，采用磁力搅拌方式将水杨酸与乙醇混合溶液分散搅拌20min，搅拌速度400rpm，在分散后的水杨酸与乙醇混合溶液中加入16g氮化铝粉末超声分散20min，将混合物放在水浴锅中，水浴温度设定在60℃，加入1.8g山梨醇单月桂酸脂，搅拌2h，充分分散。将制得的氮化铝浆料用乙醇冲洗，用真空抽滤成滤饼，放在真空干燥箱60℃干燥8h后改性后的氮化铝粉末。
实施例5
本实施例与前述实施例基本相同，特别指出在于：
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：
称取0.6g月水杨酸，加入到100ml乙醇溶液中，采用磁力搅拌方式将水杨酸与乙醇混合溶液分散搅拌20min，搅拌速度400rpm，在分散后的水杨酸与乙醇混合溶液中加入22g氮化铝粉末超声分散20min，将混合物放在水浴锅中，水浴温度设定在60℃，加入1.9g乙二醇单硬脂酸脂，搅拌2h，充分分散。将制得的氮化铝浆料用乙醇冲洗，用真空抽滤成滤饼，经过喷雾干燥后获得改性后的氮化铝粉末。
实施例6
本实施例与前述实施例基本相同，特别指出在于：
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：
称取0.6g月水杨酸，加入到100ml乙醇溶液中，采用磁力搅拌方式将水杨酸与乙醇混合溶液分散搅拌20min，搅拌速度400rpm，在分散后的水杨酸与乙醇混合溶液中加入20g氮化铝粉末超声分散20min，将混合物放在水浴锅中，水浴温度设定在60℃，加入1.5g脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌2h，充分分散。将制得的氮化铝浆料用乙醇冲洗，用真空抽滤成滤饼，经过喷雾干燥后获得改性后的氮化铝粉末。
对比例1
市场购得未经过改性的普通氮化铝粉末。
实验例
由于实施例1至6制得的氮化铝粉末实验结果具备相似性，故仅选取实施例1进行实验结果说明。
将实施例1对比例1提供的氮化铝粉末浸泡于60℃的水中，每隔2h测试并记录悬浮液pH数值随测试时间的变化曲线，测试期间需要不断搅拌，结果如图2所示。
图2是实施例制备的抗水解氮化铝粉末和普通氮化铝粉末在60℃水中浸泡120h，悬浮液pH值随着时间的变化图，图中：a曲线为本实施例所表述的抗水解的氮化铝粉末；b曲线为普通的氮化铝粉末。从图1可以看出：普通氮化铝粉末在60℃水中浸泡1h左右开始水解，pH值逐渐上升，而经过改性后的氮化铝粉末在60℃水中浸泡5d不发生水解。pH数值稳定在8.0左右。
将经过浸泡5d后的粉末烘干，进行XRD测试，结果如图3所示。
图3是本实施例制备的氮化铝和普通氮化铝粉末在60℃的水中浸泡72h后烘干，进行XRD检测的结果，曲线a为本实施例制备的抗水解氮化铝粉末在水中浸泡120h后，粉体烘干进行的XRD测试结果，曲线b为普通的氮化铝粉末在水中浸泡120h后烘干，进行XRD测试结果。从图3可以看出：未改性的氮化铝粉末在60℃水中浸泡120h后无氮化铝相存在，水解的产物是Al(OH)3和AlO(OH)；本发明经过处理的氮化铝粉末在60℃水中浸泡120h后仍然是AlN纯相，无其他物相出现，说明经过处理的氮化铝粉末具备良好的抗水解性能。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的方法解决了氮化铝粉末储存、运输困难的问题，同时改善了氮化铝粉体的成型工艺与适用范围、拓宽应用温度与应用条件，增加其抗水解时间，使水基流延成型、注射成型和注浆成型等工艺制备氮化铝陶瓷成为可能；
(2)本发明实施例提供的氮化铝粉末在室温下浸泡在水中可以16d不水解，在60℃条件下，改性后的氮化铝粉末在水中可以稳定存在120h不发生水解。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种抗水解氮化铝粉末的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将有机酸和改性剂溶解于溶剂中，得到混合溶液；
将氮化铝粉末和所述混合溶液混合，后进行分散，得到浆料；
将所述浆料进行固液分离和烘干，得到抗水解氮化铝粉末。
2.根据权利要求1所述的抗水解氮化铝粉末的制备方法，其特征在于，所述改性剂为非离子型改性剂。
3.根据权利要求2所述的抗水解氮化铝粉末的制备方法，其特征在于，所述非离子型改性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、乙二醇单硬脂酸脂或山梨醇单月桂酸脂中的一种。
4.根据权利要求1所述的抗水解氮化铝粉末的制备方法，其特征在于，所述有机酸包括月桂酸、脂肪酸或水杨酸中的一种。
5.根据权利要求1所述的抗水解氮化铝粉末的制备方法，其特征在于，所述分散采用超声分散，所述超声分散的超声强度为200w-700w，所述超声分散度的超声时间为15min-20min。
6.根据权利要求1所述的抗水解氮化铝粉末的制备方法，其特征在于，所述分散的温度为55℃-65℃。
7.根据权利要求1所述的抗水解氮化铝粉末的制备方法，其特征在于，所述烘干包括真空干燥或者喷雾干燥中的一种，所述烘干的温度为60℃-90℃。
8.根据权利要求1所述的抗水解氮化铝粉末的制备方法，其特征在于，所述抗水解氮化铝粉末中，所述有机酸的质量百分比含量为0.8％-10％，所述改性剂的质量百分比含量为0.5％-15％。
9.根据权利要求1所述的抗水解氮化铝粉末的制备方法，其特征在于，所述溶剂为乙醇。
10.一种抗水解氮化铝粉末，其特征在于，所述粉末采用如权利要求1至8中任意一项所述的抗水解氮化铝粉末的制备方法制得。
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