氮化鋁

氮化鋁屬類金剛石氮化物。密度3.05，最高可穩定到2200℃。室溫強度高，且強度隨溫度的升高下降較慢。它是共價鍵化合物，屬於六方晶系，鉛鋅礦型的晶體結構，呈白色或灰白色。

基本信息

• 中文名稱：氮化鋁
• 外文名：Aluminum nitride
• 化學式：AlN
• CAS號：24304-00-5
• 摩爾質量：40.99
• 密度：3.235g/cm³
• 沸點：2249℃

• EINECS：246-140-8

性質

氮化鋁晶胞

AlN是原子晶體，屬類金剛石氮化物，最高可穩定到2200℃。室溫強度高，且強度隨溫度的升高下降較慢。導熱性好，熱膨脹係數小，是良好的耐熱衝擊材料。抗熔融金屬侵蝕的能力強，是熔鑄純鐵、鋁或鋁合金理想的坩堝材料。氮化鋁還是電絕緣體，介電性能良好，用作電器元件也很有希望。砷化鎵表面的氮化鋁塗層，能保護它在退火時免受離子的注入。氮化鋁還是由六方氮化硼轉變為立方氮化硼的催化劑。室溫下與水緩慢反應.可由鋁粉在氨或氮氣氛中800~1000℃合成，產物為白色到灰藍色粉末。或由Al2O3-C-N2體系在1600~1750℃反應合成，產物為灰白色粉末。或氯化鋁與氨經氣相反應製得.塗層可由AlCl3-NH3體系通過氣相沉積法合成。

AlN+3H2O==催化劑===Al（OH）3↓+NH3↑

說明

導熱性好，熱膨脹係數小，是良好的耐熱衝擊材料。抗熔融金屬侵蝕的能力強，是熔鑄純鐵、鋁或鋁合金理想的坩堝材料。氮化鋁還是電絕緣體，介電性能良好，用作電器元件也很有希望。砷化鎵表面的氮化鋁塗層，能保護它在退火時免受離子的注入。氮化鋁還是由六方氮化硼轉變為立方氮化硼的催化劑。可由鋁粉在氨或氮氣氛中800~1000℃合成，產物為白色到灰藍色粉末。或由Al2O3-C-N2體系在1600~1750℃反應合成，產物為灰白色粉末。塗層可由AlCl3-NH3體系通過氣相沉積法合成。

歷史

氮化鋁

氮化鋁於1877年首次合成。至1980年代，因氮化鋁是一種陶瓷絕緣體(聚晶體物料為70-210W‧m−1‧K−1，而單晶體更可高達275W‧m−1‧K−1)，使氮化鋁有較高的傳熱能力，至使氮化鋁被大量套用於微電子學。與氧化鈹不同的是氮化鋁無毒。氮化鋁用金屬處理，能取代礬土及氧化鈹用於大量電子儀器。氮化鋁可通過氧化鋁和碳的還原作用或直接氮化金屬鋁來製備。氮化鋁是一種以共價鍵相連的物質，它有六角晶體結構，與硫化鋅、纖維鋅礦同形。此結構的空間組為P63mc。要以熱壓及焊接式才可製造出工業級的物料。物質在惰性的高溫環境中非常穩定。
在空氣中，溫度高於700℃時，物質表面會發生氧化作用。在室溫下，物質表面仍能探測到5-10納米厚的氧化物薄膜。直至1370℃，氧化物薄膜仍可保護物質。但當溫度高於1370℃時，便會發生大量氧化作用。直至980℃，氮化鋁在氫氣及二氧化碳中仍相當穩定。礦物酸通過侵襲粒狀物質的界限使它慢慢溶解，而強鹼則通過侵襲粒狀氮化鋁使它溶解。物質在水中會慢慢水解。氮化鋁可以抵抗大部分融解的鹽的侵襲，包括氯化物及冰晶石〔即六氟鋁酸鈉〕。

特性

(1)熱導率高(約270W/m·K)，接近BeO和SiC，是Al2O3的5倍以上；

(2)熱膨脹係數(4.5×10-6℃)與Si(3.5~4×10-6℃)和GaAs(6×10-6℃)匹配；

(3)各種電性能(介電常數、介質損耗、體電阻率、介電強度)優良；

(4)機械性能好，抗折強度高於Al2O3和BeO陶瓷，可以常壓燒結；

(5)純度高；

(6)光傳輸特性好；

(7)無毒；

(8)可採用流延工藝製作。是一種很有前途的高功率積體電路基片和包裝材料。

主要套用

氮化鋁陶瓷零件

有報告指現今大部分研究都在開發一種以半導體（氮化鎵或合金鋁氮化鎵）為基礎且運行於紫外線的發光二極體，而光的波長為250納米。在2006年5月有報告指一個無效率的二極體可發出波長為210納米的光波[1]。以真空紫外線反射率量出單一的氮化鋁晶體上有6.2eV的能隙。理論上，能隙允許一些波長為大約200納米的波通過。但在商業上實行時，需克服不少困難。氮化鋁套用於光電工程，包括在光學儲存介面及電子基質作誘電層，在高的導熱性下作晶片載體，以及作軍事用途。

由於氮化鋁壓電效應的特性，氮化鋁晶體的外延性伸展也用於表面聲學波的探測器。而探測器則會放置於矽晶圓上。只有非常少的地方能可靠地製造這些細的薄膜。

利用氮化鋁陶瓷具有較高的室溫和高溫強度，膨脹係數小，導熱性好的特性，可以用作高溫結構件熱交換器材料等。

利用氮化鋁陶瓷能耐鐵、鋁等金屬和合金的溶蝕性能，可用作Al、Cu、Ag、Pb等金屬熔煉的坩堝和澆鑄模具材料。