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(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、耐高溫和優(yōu)良熱學(xué)、電學(xué)性能的陶瓷材料，目前在冶金、化工、電子、機(jī)械等領(lǐng)域得到越來(lái)越多的工程運(yùn)用。

部分氮化物陶瓷應(yīng)用結(jié)構(gòu)件

氮化物陶瓷材料應(yīng)用：高溫、高強(qiáng)、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(lái)的新材料；新型氮化物結(jié)構(gòu)材料主要為N元素與過(guò)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(dú)特的物理和化學(xué)特性，在現(xiàn)代工業(yè)中扮演著至關(guān)重要的角色，被譽(yù)為“結(jié)構(gòu)陶瓷之王”。

氮化鋁（AlN）：氮化鋁陶瓷具有高熱導(dǎo)、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(xué)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(dǎo)體的坩堝及冶金所用的高溫容器、半導(dǎo)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(dǎo)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(qiáng)和超硬等結(jié)構(gòu)陶瓷應(yīng)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(xué)陶瓷方向發(fā)展。

原位合成法制備氮化鋁粉體有何優(yōu)勢(shì)？

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(xì)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(lái)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(jiǎn)單，能在較低的溫度下進(jìn)行合成，但是該方法合成AlN時(shí)，Al粉轉(zhuǎn)化率較低，易產(chǎn)生團(tuán)聚，產(chǎn)品質(zhì)量差，反應(yīng)過(guò)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(lái)受到很多研究者的關(guān)注。

原位合成技術(shù)最早應(yīng)用于制備復(fù)合材料，該技術(shù)由美國(guó)Lanxide公司發(fā)明，最初用于制備Al₂O₃/Al復(fù)合材料，為了保持較高的氧化生長(zhǎng)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(dāng)在金屬表面放置填充材料如纖維、顆粒和晶須時(shí)，可以在金屬向外氧化生長(zhǎng)的過(guò)程中制備陶瓷基復(fù)合材料。該方法具有工藝連續(xù)性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

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(yīng)從而制得AlN。其本質(zhì)屬于直接氮化法，反應(yīng)方程式為：

原位合成技術(shù)制備氮化鋁粉體具備三個(gè)優(yōu)勢(shì)：

1）在AlN原位合成中，合金元素在氮化過(guò)程中會(huì)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(shí)間；

2）加入的合金元素可以先一步和氧氣反應(yīng)，在氮化過(guò)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(yīng)過(guò)程中，高飽和蒸汽壓合金元素及其氮化物會(huì)升華或分解，對(duì)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(jìn)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(dāng)前重要的環(huán)節(jié)和今后研究的重點(diǎn)。2024年10月29-31日在上�？鐕�(guó)采購(gòu)會(huì)展中心，由北京粉體技術(shù)協(xié)會(huì)與柏德英思展覽(上海)有限公司聯(lián)合主辦“2024先進(jìn)陶瓷粉體制備及應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)”，北京工業(yè)大學(xué)王群教授將帶來(lái)《氮化物材料及其應(yīng)用》的報(bào)告。王群教授將主要介紹氮化鋁的合成方法，并重點(diǎn)介紹屬于直接氮化法的原位合成方法。同時(shí)，簡(jiǎn)要介紹氮化鋁的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

專家簡(jiǎn)介

王群，男，北京工業(yè)大學(xué)教授（博導(dǎo)）。1994年獲大連理工大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位，1999年晉升教授。北京工業(yè)大學(xué)電磁防護(hù)與檢測(cè)學(xué)科帶頭人，兼任中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)理事、中國(guó)通訊學(xué)會(huì)電磁兼容委員會(huì)委員、中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)功能材料分會(huì)常務(wù)理事。1999年入選北京市科技新星計(jì)劃，2000年入選北京市跨世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃。長(zhǎng)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(xué)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。

來(lái)源：

李美娟等：氮化物陶瓷粉體的制備技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

閆長(zhǎng)明：鋁鎂合金粉末原位合成及其表征

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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