纯氮化铝呈蓝白色，通常为灰色或灰白色。氮化铝的理论密度为3.26g/ cm3 ，常压下在2450°C 升华分解。氮化铝材料的优点是室温强度高，且强度随温度升高而下降较缓。此外，氮化铝陶瓷具有高热导率，是一种良好的耐热冲击材料。利用它的较高的体积电阻率、绝缘强度、导热率、较低的热膨胀系数和介电常数，可用作大功率半导体器件的绝缘基片、大规模和超大规模集成电路的散热基片和封装基片。利用它的高声波传导速度特性，可用作高频信息处理机中的表面波器件。利用它的高耐火性及高温化学稳定性，可用来制作在1300～2000 ℃下工作的制取熔融铝、锡、镓、玻璃、硼酐等用的坩埚。氮化铝已成为新材料领域的重要分支。

一、氮化铝粉体制备

氮化铝陶瓷的制备工艺和性能均受到粉体特性的直接影响，要获得高性能的氮化铝陶瓷，必须有纯度高、烧结活性好的粉体作原料。氮化铝粉体中的氧杂质会严重降低热导率，而粉体粒度、粒子形态则对成形和烧结有重要的影响。因此，粉体合成是氮化铝陶瓷生产的一个重要环节。氮化铝粉体合成的方法很多，其中用于大规模生产的主要有三种，其他一些方法尚未获得普遍应用。

1、铝粉直接氮化法

金属直接氮化法的实质在于金属铝在高温下与氮(或氨) 直接反应，生成氮化铝。铝与氮的反应是放热反应。当反应开始后停止外部加热，则反应可在加大氮气流量的条件下继续进行到底。金属铝颗粒表面上逐渐生成氮化物膜，会使氮难以进一步渗透，氮化速度减慢。所以需要进行2次氮化法，即一次氮化后的产物经球磨后，再进行二次氮化。这样就可以制备出接近化学计量成分的均匀的氮化铝。这是一种思路简单而直接易行的方法，能合成大量纯度较高的氮化铝粉，没有什么副反应，已用于大规模生产。 

2、Al2O3 碳热还原法

该法是采用超细氧化铝粉和高纯度碳黑作为起始原料，经过球磨混合，最后置于石墨坩埚中，在碳管炉中N2 气氛下合成。 合成温度范围为:1600～1750 ℃，保温时间4～10h ，然后在N2 气氛中冷却，最终得到黑色粉末状氮化物，然后在空气中，600～700 ℃下保温10～16h ，进行脱碳处理，即得到灰白色、流动性良好的氮化铝粉末。这种方法目前在工业生产中应用得最为普遍。 

用碳热还原法合成的氮化铝粉体纯度较高，成形和烧结性能都比较好，但合成温度高，反应时间长，粉体粒度也比较大。此方法制备的氮化铝粉末纯度高，性能稳定，具有良好的成形性与烧结性能。

3、气溶胶(气相反应) 法

与其他方法相比，气溶胶法最适合于连续生产，而且这种方法可以方便地控制氮化铝颗粒的成核和生长速率，从而获得尺寸均匀的超细粉。用AlCl3或铝的金属有机化合物为原料，与NH3 经过下述两个气相反应过程合成氮化铝。

        AlCl3 + NH3 →氮化铝 + 3HCl                   

        Al (C2H5) + NH3 →氮化铝 + 3C2H6

4、电弧法

用两个高纯铝电极在氮气中产生直流电弧，电极之间的电弧高温使Al 氮化，铝蒸汽与氮气反应生成氮化铝。这种方法可获得高纯度、超细的氮化铝。

5、等离子化学合成氮化铝粉末

采用等离子化学合成法来制备氮化铝粉末，能有效地缩短反应时间，合成超细的粉末产品。在等离子体合成时，一般采用无电极的高频或超高频放电的等离子体发生器。合成过程在含有氨的等离子体中加入铝粉的情况下进行。等离子流径向温度梯度比较大，而且沿中心线的温度比较高，因此，铝粉颗粒的加热取决于颗粒流落入等离子流中心高温区的速度。等离子化学合成的氮化铝由于粒度细、比表面积大而具有很高的活性和良好的工艺性能。这种粉末用烧结法制取制品时，烧结温度可降低300°C ，并可制得几乎完全致密的氮化铝陶瓷。

二、氮化铝陶瓷烧结方法

氮化铝是一种共价键化合物，有限的原子的扩散能力阻止了纯氮化铝的致密度，所以烧结非常困难。必须有较高的压力或烧结助剂来促使其致密。通过以下三种途径可获得致密的高性能氮化铝陶瓷:

1、使用超细粉。 

2、热压或等静压。 

3、引入助结合剂。

其中，第一种途径受粉体性能影响比较大，通常的商业氮化铝粉无法满足要求，而且超细粉也会给流延成形带来困难。第二种途径适用于高性能的块体氮化铝陶瓷材料的制备，但对氮化铝流延基片与金属浆料的多层共烧有很大的局限性，不能用于电子封对技术。第三种途径工艺上易于实现，适用于流延成形和无压烧结，有可能获得低成本高性能的氮化铝陶瓷，为众多企业所采用。

氮化铝的常用助烧剂是某些稀土金属氧化物和碱土金属氧化物，如Y2O3 、CaO 等，烧结温度通常在2073～2123K之间，所获得氮化铝陶瓷热导率为170～260W/ (m·K) 。助烧剂主要起两方面的作用:一方面形成低熔物相，实现液相烧结，促进坯体致密化。另一方面，高热导率是氮化铝陶瓷的重要性能，而实际氮化铝陶瓷中由于存在各种缺陷，热导率远低于其理论值319W/ (m·K) 。氧杂质是形成缺陷的主要原因，助烧剂的另一个作用就是与氮化铝中的氧杂质反应，使晶格完整化，进而提高热导率。 

小结：氮化铝具有多方面的优越性能，应用前景十分广阔。氮化铝陶瓷是集成电路理想的基片材料。由于抗热震性好，氮化铝陶瓷可用于制造性能优越的加热器。作为耐火材料，它具有耐高温腐蚀的优点。透明氮化铝陶瓷还可用于电子光学器件。此外，研究人员试图开发氮化铝薄膜在高技术领域的新用途，已经取得了一些进展。

（粉体圈 作者：敬之）