中国粉体网讯
氮化铝（AlN）陶瓷属于先进半导体材料及芯片制造和封装材料，是我国关键战略材料中不可或缺的一部分。高品级粉体是制备高性能AlN陶瓷的基础，粉体的纯度、粒度及分布、颗粒形貌等因素直接影响着AlN陶瓷的制备工艺和产品性能。
氮化铝的优异性能使其拥有广泛应用面
AlN的理论热导率高达320 W·m−1·K−1，约为金属铜（Cu）的80%，是氧化铝（Al2O3）的近十倍，并且具有良好的绝缘性、高化学稳定性、无毒、无磁、以及与硅相匹配的热膨胀系数，是半导体基板和电子封装的理想材料，特别是在航空航天、轨道交通、新能源装备、高功率LED、5G通讯、电力传输和工业控制等领域功率器件中具有不可取代的作用。另外，AlN熔点高，耐金属腐蚀性强，可用作熔融铀坩埚或耐火材料；高纯度的AlN陶瓷呈透明状，可应用于光学窗口器件；AlN颗粒还可作为导热填料，填充于硅油、树脂、橡胶等有机物中，来制备强化热源与散热器之间热传导的导热界面材料。
国内外氮化铝粉体差距
目前高端AlN粉体的制备技术基本被日本、美国、德国等发达国家垄断并进行严格技术封锁，其AlN粉体具有纯度高、粒度均匀性好、烧结性能好、收缩一致性好等优点，占据全球90%市场份额，尤其是日本德山、东洋铝业等行业巨头。
国内开展AlN粉体制备技术研究相对较晚，但近几年高校研究机构与产业界合作，也取得了较大的进展，主要生产企业有厦门钜瓷、中电43所、宁夏艾森达、百图高新和福建臻璟等。
中国电子科技集团公司第43研究所：
国内LTCC/氮化铝基板、功率驱动电路、信号电路、电子窑炉等产品的知名供应商，在混合集成电路及微组装技术领域具有明显的综合优势并引领行业发展。该所早在“七五”期间就采用Al2O3粉碳热还原法制备出了高纯超细AlN粉，掌握了AlN粉的基本制作方法，性能在国内处于领先水平。
株洲艾森达新材料科技有限公司：
公司产品丰富，涵盖氮化铝粉体（包含流延粉、造粒粉、填料粉）、氮化铝基板、氧化铝基板、氮化硅基板、HTCC用氮化铝生瓷片、氧化铝生瓷片、LTCC用生瓷片、以及各种生瓷片的配套浆料、陶瓷多层基板、陶瓷封装管壳、UVLED支架、各类加热片、陶瓷结构件等。公司研发的氮化铝粉体、高热导氮化铝基板是解决当前电子基板及电子封装领域对于热管理需求的关键材料之一。
厦门钜瓷科技有限公司：
钜瓷科技是一家致力于高品级氮化铝粉体及陶瓷制品研发、生产和销售的创新型高科技企业。公司主要产品有高纯氮化铝粉体、氮化铝造粒粉、氮化铝填料粉以及注射成形复杂精密氮化铝陶瓷制品四大系列，已经得到国内外客户的认可与好评。
此前，厦门钜瓷与北京科技大学合作，采用前驱体碳热还原氮化法制备AlN，建成了年产能300 t AlN粉体的生产线，粉体质量好，已开始在行业中大量使用。
此外，在今年2月份，由宁夏北瓷电子封装陶瓷材料二期扩产项目于近日进入试生产阶段。该项目斥资1.2亿元，将形成年产氮化铝粉体430吨、高温多层共烧氮化铝陶瓷基板（HTCC）5万片、年产氮化铝陶瓷结构件1000件、年产氮化铝陶瓷基板80万片等生产能力。
图片来源：贺兰发布
只是目前，国内氮化铝粉体产品性能指标远不及日本德山Ｅ级粉，短期内，国内高导热氮化铝陶瓷基板用氮化铝粉体依赖进口的局面难以彻底改变。
氮化铝粉体究竟受何影响？如何评定？
高品级AlN粉体是AlN行业的基石，其特征为低氧含量、比表面积大且粒度分布窄、烧结活性高且耐潮解。
粉体氧含量：
这是高品级AlN的一项重要指标，AlN粉体氧主要来自吸附于粉末表面的表面氧，以Al2O3+AlOOH混合物的形式包覆在粉末颗粒表面。粉体氧在烧结过程中易扩散进入AlN晶格，形成铝空位等大量结构缺陷，这些缺陷将会产生声子散射，降低声子的平均自由程，进而恶化材料导热性能。
比表面积及粒径分布：
通常认为，随着粉末粒度减小和比表面积增大，粉末的表面能增大，粉末活性升高，烧结驱动力也随着增加。粉末的比表面积、分散性、粒度及粒度分布是决定其致密化和烧结产品性能的关键因素。
其他杂质及含量：
除氧外，其他杂质也会固溶到AlN晶格中，导致AlN产生缺陷降低热导率。
耐潮性：
AlN粉末在空气中易发生潮解，与空气中的水蒸气发生水解反应生成Al（OH）3和NH3，如式（1）所示。水解生成的产物疏松，不能阻止粉末进一步潮解，造成粉体氧含量持续增加甚至粉体变质，因此AlN粉末需存储于干燥密闭环境中。为了方便储存、运输以及使用，可对AlN粉体进行表面改性，以提高粉体抗水解能力。
AlN+3H2O→Al（OH）3+NH3 （1）
总的来说，随着半导体、航空航天、新能源、5G通讯等领域高端装备的发展，高功率和高热流密度器件的散热问题已经成为制约器件使用寿命和可靠性的关键，AlN作为一种特殊且重要的散热材料，得到越来越广泛的应用。
对于氮化铝粉体的合成，研究人员投入了大量精力，截至目前，合成AlN粉体的方法主要有碳热还原法、直接氮化法、自蔓延高温合成法、溶胶－凝胶法、化学气相沉积法以及等离子体法。
我国近年来在AlN粉体的制备上有长足的进展，但高端AlN粉体与国外仍有一定的差距。探索新的工艺方法或原理，突破高端AlN粉体制备的“卡脖子”局面，弥补国内市场空白，实现进口替代是急需解决的问题。
参考来源：
1.各公司官网、宁夏日报，贺兰发布、中国粉体网
2.秦运璞等，高品级氮化铝粉体及其碳热还原氮化工艺研究进展
3.李宽宽等，高品质氮化铝粉体材料制备工艺及应用性能研究
4.李俊芳等，碳热还原法制备氮化铝粉体的研究进展及展望
（中国粉体网编辑整理/山林）
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