发明专利氮化铝粉体的反应合成方法 受理号为。 国内外发展状况 随着电子技术向着小型化高速化高集成度方向的发展，元件 的热耗散问题越来越引起人们的广泛重视。许多电子设备在使用过程 中由于个别元件的温度升高，造成整个系统的稳定性降低可靠性下 降，有时甚至还会出现高温烧毁现象。该现象主要在如下器件中经常 出现微电子器件与电路电力电子器件与模块真空电子器 件。可见散热好坏直接影响到电子设备的寿命和运行状况。这使得人 们在不断开发新型电子产品的同时，也在寻求与器件发展相适应的先 进散热技术，最为典型的就是计算机内的散热技术。所以说，散 热技术已成为电子器件发展的关键，而研制高导热陶瓷材料又是散热 技术的核心内容。由于目前市场上的电子元件多采用陶瓷作为 基板材料，这种基板材料已不能满足元件高散热性的要求，急需开发 新型高导热基板及封装材料，在这种情况下，陶瓷材料应运而生。 据报道，日本的氮化铝产量占世界产量的。主要用于计算机 的冷却元件铁路电气化机车的电源基板新型燃气汽车的控制模激光通信的二极管的基片，半导体元件等，最新用途是用于高容量的 能源装置和光储系统的计数装置。世界 上最大的氮化铝生产商日本德山公司年开始生产氮化铝，到 年生产能力达到吨。然而，氮化铝的使用量在不断增长， 今年世界氮化铝市场需求出现短缺。统计资料表明，近几年世界 市场需求会达到亿美元，存在个很大的粉体原料供给缺口。 我国从七五期间开始立项研究氮化铝，起步较晚。目前国内 已有几家工厂可以生产，但大多是乡镇企业，技术不太成熟，生产的 氮化铝陶瓷质量较低，这极大地影响了陶瓷在许多行业特别是 电子行业的应用。近些年来，我国科研人员进行了大量的研究 工作，极大地促进了我国氮化铝陶瓷的开发生产能力。江苏省八五 重点攻关项目高导热氮化铝陶瓷已于去年通过鉴定。电子信息产 业部在石家庄市建立了具有相当规模的陶瓷生产基地。珠海市已 将氮化铝陶瓷基片的生产列为国家个火炬计划项目之，年 月日珠海陶瓷基板生产线竣工，陶瓷基板正在试生产过 程中。随着国内陶瓷产量的不断提高，对高质量粉体的需求 也进步增大。目前，我国电子级粉体原料还主要依赖于进口， 又由于国内没有较强竞争力的粉体生产厂商，因此进口粉体 价格居高不下。在这种情况下，开发国产粉体资源显得尤为必要。 三创新性和技术路线陶瓷的应用有赖于粉体制造技术的提高，陶瓷成本过高限 制了它的实际应用，其原因可主要归结为两个方面原料粉 价格高，陶瓷烧结成本高。实际上，这两方面归根结蒂属同 个技术问题，即，采用什么方法来合成低成本易烧结的粉体， 同时严格控 这方法有两方面的缺点属于固固反应类型，很难充分进行。 可以看出，这种方法控制产物的氧含量较为困难，如果配碳量少，则 还原不完全，成为产物的杂质氧源如果配碳量多，则残存的 必须要由后续的烧碳工艺去除，即，在的氧化气氛中烧 掉多余的，因此这个过程又使粉体的氧含量增加，造成粉体质 量下降，并且工艺复杂。在的高温条件下进行， 方面对设备的要求提高，另方面造成能耗增加，总的结果是使合成 粉体成本提高。 种新的粉体合成技术自反应合成含有烧结助剂的粉体 本项目是在美国技术公司发明的金属直接氧化法制备陶 瓷基块体复合材料基础上通过合金掺杂方法开发的种新的粉体制 备技术，反应原理如下 液态疏松产物同传统的碳热还原法相比，这种方法具备三方面的优势采用 合金原料，避开了杂质氧源，因而合成粉体的含氧量会大大降低 的生成与烧结助剂的复合是同时完成，因而烧结助剂与粉的 混合均匀性增加，这对于提高粉体的易烧结性十分有利，另外，由于 省去了后续的烧结助剂混料过程，因此避免了氧元素的进入整 个合成过程在低于的温度下进行，同碳热还原法的相 比低了，仅此项就能极大地降低的合成成本。 表不同方法合成粉的主要化学组成 合成方法 含量氮铝原子 比 研究者 碳热还原 法 粉直接氮化 法 粉直接氮化 法 粉直接氮化 法 碳热还原 法 碳热还原法 原位合成法北京工业大学 原位复合法 北京工业大学 激光粒度衍射分析仪粒径分布结果粉的平均粒径为 ，粒径分布曲线呈现双峰现象。 技术路线 四应用领域 陶瓷材料在电子封装和基板高温绝缘材料红外窗口材料 声表面器件材料等方面均有广阔的应用前景。 电子基板和封装材料 换向组件基板 超高频功率增幅器基板 点火器基板 合金配置疏松产物 密封装罐 粉化 粒度分级 原位复合厚膜混合组件基板 大规模集成电路包封 激光二极管等方面的应用 绝缘散热板 耐热材料 由于与等金属熔融液难以浸润，所以适用于作 坩埚保护管以及烧结用的器具 由于对熔融盐是稳定的，所以期待作为磁流体发电以及 高温气体透平等耐蚀部件使用 由于真空中蒸气压低，所以被用作金等蒸发器 非氧化气氛下直到是稳定的，所以可用作非氧化气氛下 使用的耐火材料的骨料使用。 其他应用 红外线，雷达透过材料 系可机加工陶瓷 等陶瓷烧结用添加剂 树脂体料中高导热填料 五项目的特色 资源优势 制备氮化铝的主要原料是铝和稀土元素，由复合氮化铝粉体烧结 制备的陶瓷是种稀土功能陶瓷材料。从资源角度考虑，铝及稀 土元素都是我国的富有资源，从产品的技术先进性方面考虑，陶 瓷是当前新型材料研究的热点，应用领域属高科技范畴。因此，这项 技术的开发利用，在稀土应用领域能够促进我区由资源优势向产品优 势的转化。 产品优势 钢铁稀土及其它有色金属冶金是我区的重要产业。据调查，每 年仅包钢和铝厂用于冶金温度测量的热电偶及保护套管的消耗大约 有万元以上。由于没有适用的热电偶保护套管，方面使冶金过 程的自动化程度不能得到进步的提高，另方面由于温度控制不 准，造成产品质量降低和能耗增加的问题。采用氮化铝陶瓷保护管， 能够实现连续温度控制，并能较好地解决上述不良问题。 冶金行业产品质量及自动化水平的提高对温度测量及控制有很高 的要求。在高温熔蚀条件下，般是采用红外辐射的间接方法进行 温度测量，很难直接使用接触式热电偶测量，其原因就是没有合适的 热电偶保护管。冶金环境对热电偶保护套管的性能要求有三点优 良的抗腐蚀性优良的导热性优良的抗热震性。采用传统的 目录 项目概况 二项目简介 三创新性和技术路线 四应用领域 五项目的特色 六企业的生产条件 七企业的技术功能 八经济效益 项目概况 项目名称氮化铝工业化生产建设 项目投资导向稀有稀土金属深加工及其应用 项目合作方式资金技术合作 项目建设性质氮化铝粉末氮化铝陶瓷生产 项目承办单位福建合成材料科技有限公司 项目负责人赵鑫纯 联系电话 项目技术负责人张群 项目实施地点沙洋高新技术开发区 项目建设项目期限年月日到年月日 建设项目内容及规模 购置工业生产用地亩，建生产厂房平方米，实验和 质量检测室原料及成品库房平方米，办公及生活用房平 方米等主要建筑面积平方米。 招聘企业管理人员人，专业技术人员人，选聘培训生产技 术工人人。 购进先进生产设备及检测分析设备。 总投资及资金筹措项目总投资 万元，建设资金来源企业自筹。效益简述。 主要产品氮化铝粉末氮化铝陶瓷氮化铝基板等产品已在 我国电力电子行业冶金石化行业，以及军事用途上开始广泛应用，市 场潜力大。 经济效益项目建成投产后，可实现年产值万元，实现利 税万元。 社会效益通过项目的实现可为我市研发生产高新材料提供更 新更高的技术平台，实现产学研相结合，进步推动高新材料的 研究和发展，实现社会企业科研院校双赢。 环境影响氮化铝工业化生产过程无有害气体和废弃物排放，是 无毒无害产品。属非金属矿物制品业属于国家鼓励的发展产业，可 以达到环境保护指标要求。 二项目简介 氮化铝简介 是自然界中不存在的种物质，只能通过人工合成获得。 其主要特性包括有高的导热系数，其热传导能力大于金属铝， 约为陶瓷的倍低的热膨胀系数，与硅的相近，因此， 以陶瓷为基板或封装材料制成的电子元件具有很高的热稳定 性高的机械强度，同陶瓷相比室温强度相近，但高温 强度大于陶瓷，因此陶瓷可作为高温结构材料使用化学稳定性好，对许多熔融金属和熔盐以及高温化学气体有 优异的抗腐蚀性，因此陶瓷是种理想的高温抗蚀材料。由 于陶瓷具有上述优良的性质，陶瓷在许多领域将有广泛 的应用。目前，人们普遍认为，这些领域主要包括电力电子行 业所使用的散热基片和封装材料冶金石化等行业使用的高强抗 蚀材料。 项目背景 年美国公司发明了种十分新颖的称为金属直接氧 化法的陶瓷材料制备技术，又称技术。这项技术问世，就 引起了世界材料界的广泛关注，各国纷纷投入资金进行跟踪研究。 年，我国将此列为首批国家高技术项目年，该项 目又获得国家自然科学基金的资助，批准号分别为 和，两个项目都包含了材料合成技术方面的研究内容。 王群教授当时作为主要成员直接参与了这两项科研工作，并在此基础 上，完成了他本人的博士论文材料的合成机理。在 以后的几年间，该项研究又先后多次获得国家省部级科研资助，其 中包括 国家自然科学基金批准号 中国博士后科研基金 辽宁省自然科学基金 国家