4.6.4　氮化铝晶须

AlN具有高的热导率，优良的介电性能、压电性能，高的表面波速、大的禁带宽度等优点，其陶瓷材料成为混合集成电路、高密度封装材料和大功率电路模块的新一代基板材料以及功能薄膜材料。在AlN粉体与陶瓷的研究中，人们发现了AlN晶须。随着越来越多的晶须材料在复合材料中的应用，AlN晶须作为一种新型的功能晶须，以其特有的功能特性有希望作为新型复合材料的增强体或功能复合晶须材料。AlN晶须有多种制备方法，其中最典型的是升华凝聚法、CVD法和碳热还原法。升华凝聚法必须采用AlN粉体作为原料，成本高。此外，合成生长温度高，要严格控制生长区的温度梯度，这对使用设备提出了很高的要求；CVD法一般采用高纯原料，生产率较低；以往的碳热还原法通常采用价格较低的α-Al2O3、石墨作为原料，但反应所需温度高于1 700℃，产率低，且晶须形态不完整。周和平1998年利用比较廉价的原料，通过添加适当的矿化剂，在较低的1 550～1700℃宽温度范围内，碳热还原法，获得高产率的、晶须结构形态完善的AlN晶须；章桥新对氮化铝晶须的形态和结晶方向进行研究，在Al2O3C系统中添加一定量的CaF2和NH4Cl，在通氮气的高温炉中于1450℃经2h的碳热还原氮化处理，制备出AlN晶须。对该条件下制备的AlN晶须进行了分析，结果表明：晶须的形态有直板状、弯曲、分叉及波浪状等几种特征，其长径比差别较大，晶须的尺寸不均匀且部分的表面质量较差。透射电子衍射分析晶须的生长方向为［0112］和［1101］，其生长机制为VLS机制。李晓云2017年研究了氮化铝高温下的挥发及其晶须生长，采用无压烧结法制备氮化铝（AlN）块状陶瓷材料，在熟坯表面生成大量无色透明的纤维绒须状物。借助扫描电镜、能谱分析仪、X射线衍射及正交偏光显微镜等分析手段，对纤维绒须状物进行综合分析。结果表明：纤维绒须状物为AlN晶须，其形貌以四方柱为主，直径为1～20μm，长径比为250～1000。AlN晶须表面有纳米级球状AlN颗粒，粒径在500 nm以下。将高纯AlN热压烧结后，对该烧结体进行的高温热重分析结果表明：1800℃下AlN烧结体开始明显挥发。分析认为：材料主要以AlN形式气化蒸发，表明AlN在高于1800℃有较大的蒸气压，晶须的生长机制为气固生长机制。一种金属氮化物晶须的生长方法与流程（发明号：CN1164582A）公开了一种根据不同生成条件在不同的气氛炉内进行晶须生成反应的方法，采用的气氛炉可以是石英玻璃管炉，氧化铝管炉，碳阻式气氛炉。该方法的主要生长步骤是，将反应原料放入反应舟中，放入气氛炉的中央恒温区。也就是在石英管的中心放置用于晶须生长的合适的材料，将材料加热到适于晶须生长的温度，用反应气和保护气数次置换，流动反应气体通过加热的气氛炉与反应舟中的材料反应形成晶须。该方法的缺点是：由热石英管发出的杂质会污染晶须，在反应气体到达反应材料之前，受热的反应物会分解，因此严重限制了这种反应方法中晶须的产生量。(https://www.daowen.com)