碳热还原法生产氮化铝粉末的工艺

氮化铝 (AlN) 是一种高性能材料，具有高热导率（320 W·m⁻¹·K⁻¹）、出色的电绝缘性（>10¹⁴ Ω·cm）和强大的机械性能。其低介电常数（1 MHz 时为 8.0）和最小的介电损耗（tanδ = 10⁻⁴）使其成为电子产品的理想选择。

主要应用包括：

功率器件封装

高导热AlN陶瓷基板

静电吸盘材质 用于半导体加工

优良的绝缘陶瓷 成分 （ 陶瓷加热器,陶瓷喷嘴)

AlN 结合了热管理、电阻和耐用性，可用于先进的工业用途。

AlN陶瓷是由AlN粉末烧结而成，高品质的AlN粉末是获得高性能AlN陶瓷的前提。AlN粉末的制备对最终产品的烧结、成型和热导率有重要影响。工业上，AlN粉末的生产方法主要有三种：直接氮化法、自蔓延高温合成（SHS）和碳热还原法。

1. 碳热还原法的原理

碳热还原法通常以铝的化合物为原料（如氧化铝、氢氧化铝等），与过量的单质碳或有机碳为原料在氮气（N2）/氨气（NH3）气氛中高温下合成氮化铝，产物经 500~700℃温度氧化气氛下除碳获得氮化铝粉体，具有氧含量低、纯度高、粒度分布窄、颗粒形貌规则等优点。

反应机理可概括如下：

一般认为此反应分两步进行

①氧化铝的还原：碳将氧化铝还原，生成Al(g)和Al₂O(g)等中间产物。

②氮化：铝与氮反应生成AlN。

碳热还原法制备 AlN 的反应机理可分为气一固反应、固一固反应2大类。经实验观察到的铝蒸汽发射峰佐证了特定条件下的含铝气相的产生，同时气–固反应也解释了反应过程的质量损失和晶须生长的传质过程；而固–固反应控制机理则解释了合成产物与前驱物形貌延续的现象以及多项研究中Al—O—C 与 Al—C—N 等 Al2O3的转化中间态化合物的形成机制，该机理也得到更广泛的认可。

AIN粉末制造工艺流程主要包括球磨混料、氮化合成、低温除炭、氮化铝粉碎回收等。

2.碳热还原工艺特点

碳热还原法具有原料丰富、工艺简单、适合大规模生产的特点，且合成粉体球形度高、纯度高、粒径小、粒度分布窄、分散性好等特点，是目前工业化生产氮化铝粉体的主要方法。较直接氮化法与自蔓延高温合成法而言，碳热还原法产出拥有更好的球形度和 更高纯度的 AlN 粉末 .

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