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氮化鋁（AlN）陶瓷屬于先進半導體材料及芯片制造和封裝材料，是我國關鍵戰略材料中不可或缺的一部分。高品級粉體是制備高性能AlN陶瓷的基礎，粉體的純度、粒度及分布、顆粒形貌等因素直接影響著AlN陶瓷的制備工藝和產品性能。
氮化鋁的優異性能使其擁有廣泛應用面
AlN的理論熱導率高達320 W·m−1·K−1，約為金屬銅（Cu）的80%，是氧化鋁（Al2O3）的近十倍，并且具有良好的絕緣性、高化學穩定性、無毒、無磁、以及與硅相匹配的熱膨脹系數，是半導體基板和電子封裝的理想材料，特別是在航空航天、軌道交通、新能源裝備、高功率LED、5G通訊、電力傳輸和工業控制等領域功率器件中具有不可取代的作用。另外，AlN熔點高，耐金屬腐蝕性強，可用作熔融鈾坩堝或耐火材料；高純度的AlN陶瓷呈透明狀，可應用于光學窗口器件；AlN顆粒還可作為導熱填料，填充于硅油、樹脂、橡膠等有機物中，來制備強化熱源與散熱器之間熱傳導的導熱界面材料。
國內外氮化鋁粉體差距
目前高端AlN粉體的制備技術基本被日本、美國、德國等發達國家壟斷并進行嚴格技術封鎖，其AlN粉體具有純度高、粒度均勻性好、燒結性能好、收縮一致性好等優點，占據全球90%市場份額，尤其是日本德山、東洋鋁業等行業巨頭。
國內開展AlN粉體制備技術研究相對較晚，但近幾年高校研究機構與產業界合作，也取得了較大的進展，主要生產企業有廈門鉅瓷、中電43所、寧夏艾森達、百圖高新和福建臻璟等。
中國電子科技集團公司第43研究所：
國內LTCC/氮化鋁基板、功率驅動電路、信號電路、電子窯爐等產品的知名供應商，在混合集成電路及微組裝技術領域具有明顯的綜合優勢并引領行業發展。該所早在“七五”期間就采用Al2O3粉碳熱還原法制備出了高純超細AlN粉，掌握了AlN粉的基本制作方法，性能在國內處于領先水平。
株洲艾森達新材料科技有限公司：
公司產品豐富，涵蓋氮化鋁粉體（包含流延粉、造粒粉、填料粉）、氮化鋁基板、氧化鋁基板、氮化硅基板、HTCC用氮化鋁生瓷片、氧化鋁生瓷片、LTCC用生瓷片、以及各種生瓷片的配套漿料、陶瓷多層基板、陶瓷封裝管殼、UVLED支架、各類加熱片、陶瓷結構件等。公司研發的氮化鋁粉體、高熱導氮化鋁基板是解決當前電子基板及電子封裝領域對于熱管理需求的關鍵材料之一。
廈門鉅瓷科技有限公司：
鉅瓷科技是一家致力于高品級氮化鋁粉體及陶瓷制品研發、生產和銷售的創新型高科技企業。公司主要產品有高純氮化鋁粉體、氮化鋁造粒粉、氮化鋁填料粉以及注射成形復雜精密氮化鋁陶瓷制品四大系列，已經得到國內外客戶的認可與好評。
此前，廈門鉅瓷與北京科技大學合作，采用前驅體碳熱還原氮化法制備AlN，建成了年產能300 t AlN粉體的生產線，粉體質量好，已開始在行業中大量使用。
此外，在今年2月份，由寧夏北瓷電子封裝陶瓷材料二期擴產項目于近日進入試生產階段。該項目斥資1.2億元，將形成年產氮化鋁粉體430噸、高溫多層共燒氮化鋁陶瓷基板（HTCC）5萬片、年產氮化鋁陶瓷結構件1000件、年產氮化鋁陶瓷基板80萬片等生產能力。
圖片來源：賀蘭發布
只是目前，國內氮化鋁粉體產品性能指標遠不及日本德山Ｅ級粉，短期內，國內高導熱氮化鋁陶瓷基板用氮化鋁粉體依賴進口的局面難以徹底改變。
氮化鋁粉體究竟受何影響？如何評定？
高品級AlN粉體是AlN行業的基石，其特征為低氧含量、比表面積大且粒度分布窄、燒結活性高且耐潮解。
粉體氧含量：
這是高品級AlN的一項重要指標，AlN粉體氧主要來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顆粒表面。粉體氧在燒結過程中易擴散進入AlN晶格，形成鋁空位等大量結構缺陷，這些缺陷將會產生聲子散射，降低聲子的平均自由程，進而惡化材料導熱性能。
比表面積及粒徑分布：
通常認為，隨著粉末粒度減小和比表面積增大，粉末的表面能增大，粉末活性升高，燒結驅動力也隨著增加。粉末的比表面積、分散性、粒度及粒度分布是決定其致密化和燒結產品性能的關鍵因素。
其他雜質及含量：
除氧外，其他雜質也會固溶到AlN晶格中，導致AlN產生缺陷降低熱導率。
耐潮性：
AlN粉末在空氣中易發生潮解，與空氣中的水蒸氣發生水解反應生成Al（OH）3和NH3，如式（1）所示。水解生成的產物疏松，不能阻止粉末進一步潮解，造成粉體氧含量持續增加甚至粉體變質，因此AlN粉末需存儲于干燥密閉環境中。為了方便儲存、運輸以及使用，可對AlN粉體進行表面改性，以提高粉體抗水解能力。
AlN+3H2O→Al（OH）3+NH3 （1）
總的來說，隨著半導體、航空航天、新能源、5G通訊等領域高端裝備的發展，高功率和高熱流密度器件的散熱問題已經成為制約器件使用壽命和可靠性的關鍵，AlN作為一種特殊且重要的散熱材料，得到越來越廣泛的應用。
對于氮化鋁粉體的合成，研究人員投入了大量精力，截至目前，合成AlN粉體的方法主要有碳熱還原法、直接氮化法、自蔓延高溫合成法、溶膠－凝膠法、化學氣相沉積法以及等離子體法。
我國近年來在AlN粉體的制備上有長足的進展，但高端AlN粉體與國外仍有一定的差距。探索新的工藝方法或原理，突破高端AlN粉體制備的“卡脖子”局面，彌補國內市場空白，實現進口替代是急需解決的問題。
參考來源：
1.各公司官網、寧夏日報，賀蘭發布、中國粉體網
2.秦運璞等，高品級氮化鋁粉體及其碳熱還原氮化工藝研究進展
3.李寬寬等，高品質氮化鋁粉體材料制備工藝及應用性能研究
4.李俊芳等，碳熱還原法制備氮化鋁粉體的研究進展及展望
（中國粉體網編輯整理/山林）
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