氮化鋁
發布時間:2016-11-30 來源:未知     分享到:
  氮化鋁是共價鍵化合物,屬于六方晶系,鉛鋅礦型的晶體結構,呈白色或灰白色。

  性質

  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,熱膨脹系數小,是良好的耐熱沖擊材料。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涂層,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制得.涂層可由AlCl3-NH3體系通過氣相沉積法合成。

  AlN+3H2O==催化劑===Al(OH)3↓+NH3↑

  歷史

  氮化鋁于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 70-210 W?m?1?K?1,而單晶體更可高達 275 W?m?1?K?1 ),使氮化鋁有較高的傳熱能力,至使氮化鋁被大量應用于微電子學。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于大量電子儀器。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制備。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制造出工業級的物料。物質在惰性的高溫環境中非常穩定。在空氣中,溫度高于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。但當溫度高于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,而強堿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3200W/m·K),接近BeO和SiC,是Al2O3的5倍以上;

  (2)熱膨脹系數(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,抗折強度高于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)可采用流延工藝制作。是一種很有前途的高功率集成電路基片和包裝材料。

  應用

  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管,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管可發出波長為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。氮化鋁應用於光電工程,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。

  由于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制造這些細的薄膜。

  利用氮化鋁陶瓷具有較高的室溫和高溫強度,膨脹系數小,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。

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