氮化铝（AlN）具有极高的理论热导率（~320W/(m·K)）、优异的电绝缘性、低介电损耗以及与半导体材料匹配的热膨胀系数。无论是作为高功率芯片封装基板的理想材料，还是导热硅脂、凝胶中的核心功能填料，乃至苛刻环境服役的精密陶瓷部件，AlN都在持续突破性能的边界。然而，AlN粉体极易水解反应生成的含氧杂质（如γ-AlOOH、Al(OH)3、γ-Al2O3等），从而显著降低粉体纯度，劣化最终产品的导热性能。更为突出的是，水解产物直接阻碍了AlN陶瓷水基成型工艺（如流延、注凝成型）的发展和应用。因此，随着AlN应用场景的不断拓展，尤其是在高湿环境、水性体系中的接触需求增加，提升AlN粉体的抗水解稳定性已成为保障其先进应用性能可靠落地的核心技术瓶颈。

来源：宁夏艾森达

氮化铝的水解原理

受限于现有制备工艺与环境敏感性，高纯度氮化铝（AlN）粉末的工业化生产仍具挑战性。首先，AlN与水接触时，水分子中的羟基（-OH）与AlN中的氮（N）和铝（Al）发生作用，破坏AlN的晶体结构，形成中间产物无定形氢氧化物AlOOH和NH₃。释放的NH₃进一步与水反应生成铵根（NH₄⁺）与氢氧根离子（OH⁻），并通过放热促使体系温度升高、碱性增强（pH＞9），为后续反应创造条件，接着在一定温度和碱性条件下，非晶态的AlOOH进一步与水反应，生成氢氧化铝（Al(OH)₃），即最终AlN完全水解生成Al(OH)₃和NH₃。

AlN水解过程

AlN水解最终产物

值得注意的是，此水解过程并不仅限于AlN粉体直接与水接触的情形，其暴露于空气中时，亦可通过吸附空气中水分而发生水解反应。尤其是AlN颗粒表面存在的缺陷增多或含有其他杂质时，会显著催化其水解反应的进行，因此需要对其进行表面改性处理，降低粉末表面对水的化学活性。

氮化铝的抗水解改性技术

针对AlN水解问题，主要有热处理和表面修饰两类改性策略，其中表面修饰又有无机表面修饰和有机表面修饰两种。

1、热处理：

该方法是在特定气氛下对AlN粉体进行高温热处理，通过氧含量、温度、氧化时间来控制其表面氧化形成一层致密的Al₂O₃薄膜作为物理屏障，一定程度上提高粉末的抗水解能力。此方法虽然工艺简单，成本低廉，但其核心弊端在于热处理过程必然引入的Al₂O₃相会显著劣化AlN陶瓷本体的导热性等关键性能，并非是高质量AlN存储与应用的理想抗水解改性途径。

2、无机表面改性

无机表面改性主要通过采用H₂SiO₃、H₃PO4等无机酸对AlN进行保护，使其表面形成类似薄膜的物质抑制其在溶液中的水解反应。通常来说，生成薄膜的溶解度会对AlN的水解有着比较大的影响，比如由于铝硅酸盐在热水和冷水中的溶解度均很低，而磷酸铝在热水中溶解度较大，因此，高温下H₂SiO₃对AlN的水解抑制效果明显高于H₃PO₄。此外，这种改性技术的效果也与AlN粉末的粒径相关，当粒径较小时，粉末的表面活性更大，从而对无机酸的吸附能力越强，此时抗水解的效果也更明显。当粒径较大时进行包覆的抗水解效果不如小尺寸的，所以优先选择小尺寸。

除了无机酸洗改性可为AlN生成一层保护膜，Al(H₂PO4)₃溶液中也可通过磷酸盐阴离子在AlN颗粒表面至少形成单层磷酸盐以防止水进入内部，因此用单一的高温Al(H2PO4)3溶液处理AlN粉末亦或是在其基础上结合无机酸洗也是一种有效的抗水解改性方式。

通过无机表面改性的AlN抗水解性能表现出比较理想的改性效果，同时成本低廉，是一种具有实用价值和应用前景的处理方法。

3、有机表面改性

有机表面改性通常是利用疏水的有机长链分子对AlN粉体表面进行包裹或者原位聚合来进行改性，使得水分子无法与AlN粉表面接触，从而达到提高AlN粉抗水解性的目的，具有工艺简单、耗时较短、改性效果明显的特点，同时还可以在一定程度上改 善AlN粉末在液体悬浮液中的分散性。

目前常用的有机表面改性剂有有机羧酸、硬脂酸等，这类有机酸的羧基可与AlN表面的羟基接触并反应，以致于在AlN表面覆盖了一层有机长链，形成了有效的防水膜。除此之外，偶联剂作为一种能够改善无机物和有机物之间界面特性的一类改性添加剂，其分子结构存在亲水基和疏水基两种性基团，疏水基与有机材料其化学反应或有良好的相容性，亲水基则可与无机材料形成化合键。因此，当偶联剂作为AlN的改性剂时，亲水基可与AlN表面连接，而疏水基则暴露于AlN表面，赋予其疏水性，从而避免AlN粉末表面与水的直接接触， 提高AlN的抗水解能力，不过由于有机物的热稳定性普遍较差，该技术的应用也存在一定的局现性

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小结

氮化铝的抗水解改性，补仅仅是为了解决一个材料储存或加工的“小麻烦”，其还严重影响着材料的最终效能边界和应用的边界拓展。目前，利用无机酸盐或有机试剂进行表面包裹改性是实用且有效的主流技术路线。然而，面向更高工作温度严苛环境的应用需求，现有改性技术的长效性和稳定性和普适性仍需进一步突破，同时系统评估改性层在长期服役下的可靠性及其对AlN本征导热性能影响的极限。

参考文献：

1、何金秀,胡继林,陈博,等.AlN粉体水解行为及其抗水解改性的研究进展[J].中国陶瓷工业.

2、朱九楼.氮化铝粉末的无机表面改性及其烧结制备[D].长春工业大学,.

3、李文静.改性氮化铝及其导热复合材料的制备和性能研究[D].安徽大学.

4、莫文蔚,廖兵,年福伟,等.改性氮化铝对有机硅树脂导热性能的影响[J].化工新型材料.

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