氮化物陶瓷是氮與金屬或非金屬元素組成的陶瓷，是一類具有高熔點、高硬度、高強度、耐高溫和優(yōu)良熱學、電學性能的陶瓷材料，目前在冶金、化工、電子、機械等領(lǐng)域得到越來越多的工程運用。

部分氮化物陶瓷應用結(jié)構(gòu)件

氮化物陶瓷材料應用：高溫、高強、超硬

傳統(tǒng)氮化物結(jié)構(gòu)陶瓷主要包括氮化硅、Sialon、氮化鋁、氮化硼四類，其中Sialon是從氮化硅衍生出來的新材料；新型氮化物結(jié)構(gòu)材料主要為N元素與過渡金屬如Ti、Zr、V、Hf、Ta等相結(jié)合的化合物為主要成分的材料。

氮化硅（Si₃N₄）：氮化硅陶瓷以其獨特的物理和化學特性，在現(xiàn)代工業(yè)中扮演著至關(guān)重要的角色，被譽為“結(jié)構(gòu)陶瓷之王”。

氮化鋁（AlN）：氮化鋁陶瓷具有高熱導、低膨脹、低介電損耗、高電阻、優(yōu)異的耐熱震性以及良好的力學性能，成為新一代具有廣闊發(fā)展前景的散熱材料。

氮化硼（BN）：氮化硼陶瓷的硬度較低，高溫下耐腐蝕、絕緣性好。通常用于制造熔煉半導體的坩堝及冶金所用的高溫容器、半導體散熱絕緣零件、高溫軸承、熱電偶套管及玻璃成形模具等。

基于氮化物材料體系的高熱導率、絕緣性、較低的介電常數(shù)和介電損耗、光激發(fā)性等具備功能陶瓷的特性，氮化物陶瓷從目前的高溫、高強和超硬等結(jié)構(gòu)陶瓷應用領(lǐng)域快速向電子領(lǐng)域基板材料、航空航天天線罩材料、發(fā)光器以及激光器件等光學陶瓷方向發(fā)展。

原位合成法制備氮化鋁粉體有何優(yōu)勢？

高性能結(jié)構(gòu)陶瓷需要高純度（低氧含量和其他金屬雜質(zhì)）、細粒度（亞微米或納米尺度）、窄粒徑分布且性質(zhì)穩(wěn)定的原料粉末。就氮化鋁粉體制備來講，目前制備AlN粉體的主要方法有：直接氮化法、Al₂O₃碳熱還原法、自蔓延燃燒法、等離子體合成法、氣溶膠法等等。其中前兩種方法已適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。直接氮化法工藝簡單，能在較低的溫度下進行合成，但是該方法合成AlN時，Al粉轉(zhuǎn)化率較低，易產(chǎn)生團聚，產(chǎn)品質(zhì)量差，反應過程難以控制。用原位合成技術(shù)制備氮化鋁作為一種新方法，近年來受到很多研究者的關(guān)注。

原位合成技術(shù)最早應用于制備復合材料，該技術(shù)由美國Lanxide公司發(fā)明，最初用于制備Al₂O₃/Al復合材料，為了保持較高的氧化生長速率，一般在鋁中加入某些金屬元素作為添加劑，如Mg、Si、Sn等元素。當在金屬表面放置填充材料如纖維、顆粒和晶須時，可以在金屬向外氧化生長的過程中制備陶瓷基復合材料。該方法具有工藝連續(xù)性好、成本低等優(yōu)點。

原位合成技術(shù)制備AlN粉末又稱為合金氮化法，它是利用鋁合金(通常為鋁鋰、鋁鈣、鋁鋅和鋁鎂合金)為原材料，在高溫條件下向合金熔體內(nèi)通入高純N₂、NH₃或二者的混合氣體，發(fā)生氮化反應從而制得AlN。其本質(zhì)屬于直接氮化法，反應方程式為：

原位合成技術(shù)制備氮化鋁粉體具備三個優(yōu)勢：

1）在AlN原位合成中，合金元素在氮化過程中會轉(zhuǎn)化為氮化物并放出熱量，從而降低氮化溫度或縮短氮化時間；

2）加入的合金元素可以先一步和氧氣反應，在氮化過程中起到持續(xù)脫氧的作用，降低體系氧分壓，從而確保AlN的生成，提高產(chǎn)物純度；

3）在高溫反應過程中，高飽和蒸汽壓合金元素及其氮化物會升華或分解，對熔體表面的AlN膜層起到破壞作用并在合金液內(nèi)部形成微觀通道，以便于爐內(nèi)N₂或NH₃由氮化通道進入合金液內(nèi)部，提高產(chǎn)物氮化率，也使得氮化產(chǎn)物變得疏松易粉碎，從而有效減小粉末粒徑。

氮化鋁粉體制備技術(shù)是當前重要的環(huán)節(jié)和今后研究的重點。2024年10月29-31日在上海跨國采購會展中心，由北京粉體技術(shù)協(xié)會與柏德英思展覽(上海)有限公司聯(lián)合主辦“2024先進陶瓷粉體制備及應用技術(shù)研討會”，北京工業(yè)大學王群教授將帶來《氮化物材料及其應用》的報告。王群教授將主要介紹氮化鋁的合成方法，并重點介紹屬于直接氮化法的原位合成方法。同時，簡要介紹氮化鋁的主要應用領(lǐng)域。

專家簡介

王群，男，北京工業(yè)大學教授（博導）。1994年獲大連理工大學工學博士學位，1999年晉升教授。北京工業(yè)大學電磁防護與檢測學科帶頭人，兼任中國計量測試學會理事、中國通訊學會電磁兼容委員會委員、中國儀器儀表學會功能材料分會常務理事。1999年入選北京市科技新星計劃，2000年入選北京市跨世紀優(yōu)秀人才計劃。長期從事電磁功能材料、納米磁性材料、氮化物陶瓷材料等方面的人才培養(yǎng)、科學研究和技術(shù)開發(fā)工作。

來源：

李美娟等：氮化物陶瓷粉體的制備技術(shù)及發(fā)展趨勢

閆長明：鋁鎂合金粉末原位合成及其表征

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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