氮化铝优点一大堆，偏偏有个易水解的毛病，怎么办？

中国粉体网讯  氮化铝(AlN)具有高强度、高体积电阻率、高绝缘耐压、热膨胀系数与硅匹配好等特性，不但用作结构陶瓷的烧结助剂或增强相，尤其是在近年来大火的陶瓷电子基板和封装材料领域，其性能远超氧化铝。可以说，AlN的性能不但优异，而且较为全面。

可是！但是！然而！

美中不足的是，AlN在潮湿的环境极易与水中羟基形成氢氧化铝，在AlN粉体表面形成氧化铝层，氧化铝晶格溶入大量的氧，降低其热导率，而且也改变其物化性能，给AlN粉体的应用带来困难。

水解机理

关于AlN的水解，很多研究者有自己的理解，但水解过程基本相似，其过程如下：

AlN+3H₂O→Al(OH)₃+NH₃

AlN+2H₂O→AlOO_Hamorph+NH₃

NH₃+H₂O→NH₄⁺+OH^-

抑制水解的方法

抑制AlN粉末的水解处理主要是借助化学键或物理吸附作用在AlN颗粒表面涂覆一种物质，使之与水隔离，从而避免其水解反应的发生。抑制水解处理的方法主要有：表面化学改性和表面物理包覆。

1、表面化学改性

表面化学改性是指通过化学方法，使AlN颗粒与表面改性剂发生化学反应，从而在AlN颗粒表面形成保护层，使其表面钝化来改善AlN的表面性能。AlN粉末表面化学改性的方法主要有：偶联剂改性、偶联接枝共聚改性、表面氧化改性、表面活性剂改性。

（1）偶联剂改性

偶联剂改性是粒子表面与偶联剂发生化学偶联反应，两组分之间除了范德华力、氢键或配位键相互作用外，还有离子键或共价键的结合。偶联剂分子必须具备两种基团，一种与无机物粒子表面或制备纳米粒子的前驱物进行化学反应。另一种(有机官能团)与有机物基体具有反应性或相容性。硅烷偶联剂是应用最广泛的偶联剂之一，其通式为RSiX₃，R为有机基团，X为某些易于水解的基团。覆盖在AlN颗粒表面的羟基能与硅烷偶联剂的X基团发生反应，在硅烷与AlN基体之间形成Al十Si共价键，有效地改善了AlN粉末抗水解性能。

（2）偶联接枝共聚改性

偶联接枝共聚改性是首先用偶联剂对AlN表面处理，然后用聚合物之间进行接枝共聚。所谓接枝共聚是指在聚合物成分存在下，使一定的单体聚合，在主干聚合物上将分支聚合物成分通过化学键结合上一种分枝的反应。接枝共聚物通常在反应性的大分子存在下，将单体进行自由基、离子加成或开环聚合得到。

（3）表面氧化改性

表面氧化改性是指通过研磨和热处理，使AlN颗粒表面发生氧化，形成Al₂O₃保护膜，可提高AlN粉末的抗水解能力。

（4）表面活性剂改性

表面活性剂一般都是由亲水基和疏水基组成，通过使其亲水基吸附在AlN颗粒的表面，疏水基伸向溶剂产生空间位阻效应，阻止AlN颗粒与水接触，从而可提高AlN颗粒的抗水解能力。

2、表面物理包覆改性

（1）液相包覆改性

在AlN粉末悬浮液中加入改性剂，通过机械搅拌在AlN粉末的表面形成涂覆层，包覆物与AlN颗粒表面无化学反应，而是依靠吸附作用或范德华力连接。

（2）气相沉积改性

利用物质易升华性，通过加热，使之升华，然后凝聚沉积在AlN颗粒的表面，提高AlN粉末的抗水解能力。如利用SiO(s)固体粉末的易升华性对AlN粉末进行改性，在Al₂O₃坩埚中填充AlN粉末、SiO(s)、碳毡和石墨板，升温加热使SiO(s)升华，在AlN颗粒表面形成保护层。

此外，还有利用强酸改性剂，采用机械球磨法与AlN粉末混合，不仅不需要高温条件，而且重复性好，可显著提高AlN粉末的抗水解能力，还能使AlN粉末在水中具有更好的分散性和稳定性，有利于得到高固相含量的AlN陶瓷浆料。

参考来源：

[1]郭坚等.AlN粉末抗水解处理的研究进展

[2]郭兴忠等.有机羧酸改性氮化铝粉体的抗水解性能

（中国粉体网编辑整理/山川）

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