本發明涉及粉體制備技術領域，尤其是涉及一種氮化鋁粉體的制備方法。

背景技術：

氮化鋁材料具有高熱導率、優良的電學性能、較優良的力學性能以及與硅相匹配的熱膨脹系數，同時具有優良的抗氧化、耐熱沖擊性能，是高功率密度集成電路、高功率LED及IGBT模塊用理想的散熱封裝材料。氮化鋁有非常高的熱導率且電絕緣性優異，可作為改善樹脂材料導熱性的優良的填料。如氮化鋁能有效改善環氧樹脂、丙烯酸、聚酰亞胺、有機橡膠硅等材料的熱導率。但若將氮化鋁作為填料來改善樹脂材料導熱率，要求氮化鋁粉體具有較高的顆粒度、球形度才能有利于在樹脂基體中分散，同時氮化鋁粉體還需要有較好的耐水解性防止因氮化鋁粉體的水解而造成的導熱效果下降。

然而傳統的制備氮化鋁粉體的方法主要有：碳熱還原法、鋁粉氮化法和氣相法等，常用的兩種工業化量產的方法為碳熱還原法和鋁粉氮化法。碳熱還原法主要為將鋁鹽和碳原料均勻混合，在氮氣氣氛下進行氮化，氮化過程中添加少量的助劑，提高反應速率并降低氮化溫度。鋁粉氮化法是將鋁粉通過高溫在氮氣氣氛下加熱直接氮化，生成氮化鋁粉。但上述制備方法通常僅適用于傳統氮化鋁散熱基板用原材料的制備，氮化鋁分離的粒徑D50較小，通常為1μm左右，耐水解性較差，不適于作為樹脂填料應用。

技術實現要素：

基于此，有必要提供一種能夠制備顆粒較大、耐水解性能較好的氮化鋁粉體的制備方法。

一種氮化鋁粉體的制備方法，包括如下步驟：

在鋁鹽中滴加沉淀劑進行化學沉淀反應，并在反應過程中加入助劑，反應后收集沉淀，所述沉淀經水洗、干燥、煅燒后得到粉體，其中，所述助劑選自稀土氧化物和堿性氧化物中的至少一種，所述粉體中含有氧化鋁以及所述助劑；

將所述粉體與碳原料混合得到混合物，所述混合物濕法球磨后得到漿料；

將所述漿料離心霧化后形成造粒球；以及

在氮氣氛圍中對所述造粒球進行氮化，得到所述氮化鋁粉體。

在一個實施方式中，所述助劑選自氧化釔、氧化鏑、氧化鐿、氧化鈣和氧化鋇中的至少一種。

在一個實施方式中，所述助劑占所述粉體質量的0.01％～1％。

在一個實施方式中，所述鋁鹽選自硝酸鋁、硫酸鋁和氯化鋁中的至少一種，所述沉淀劑選自尿素、氨水和碳酸氫銨中的至少一種，所述鋁鹽與所述沉淀劑發生化學沉淀反應生成氧化鋁。

在一個實施方式中，所述碳原料選自石墨粉、碳黑和乙炔黑中的至少一種，所述粉體與所述碳原料按照鋁與碳的摩爾比為1:3～5混合。

在一個實施方式中，所述將所述粉體與碳原料混合得到混合物，所述混合物濕法球磨后得到漿料的操作中，還包括在所述混合物中加入粘結劑和分散劑，所述粘結劑與所述混合物的質量比為1～5:100，所述分散劑與所述混合物的質量比為0.1～1:100，在所述濕法球磨的過程中加入溶劑，得到的所述漿料的固含量為45％～65％。

在一個實施方式中，所述將所述漿料離心霧化后形成造粒球的操作中，將所述漿料在攪拌狀態下進行離心霧化，離心霧化的進口溫度為200℃～250℃，離心霧化的出口溫度為90℃～110℃，離心霧化的轉速為12000rpm～18000rpm。

在一個實施方式中，所述在氮氣氛圍中對所述造粒球進行氮化的操作具體為：將所述造粒球置于石墨坩堝中，在溫度為1550℃～1700℃條件下氮化5h～15h。

在一個實施方式中，所述在氮氣氛圍中對所述造粒球進行氮化的操作之后，還包括將氮化后的所述造粒球進行除碳處理，所述除碳處理的溫度為600℃～720℃，保溫時間為3h～10h。

在一個實施方式中，所述氮化鋁粉體的D50粒徑為30μm～50μm。

上述氮化鋁粉體的制備方法，先將鋁鹽和弱堿沉淀劑混合后進行化學沉淀反應，在鋁鹽與沉淀劑反應的過程中加入助劑。鋁鹽與沉淀劑反應生成氫氧化鋁或氫氧化鋁水合物沉淀，在反應的過程中加入助劑，使得氫氧化鋁或氫氧化鋁水合物與助劑充分混勻，助劑引入的更加均勻，將沉淀物經水洗、干燥、煅燒后得到含有助劑的氧化鋁粉體。含有助劑的粉體與碳原料混合得到混合物，球磨并離心霧化后形成造粒球。造粒球在氮氣氛圍中氮化時，助劑能有效與氧化鋁反應形成氧化鋁-稀土氧化物或氧化鋁-堿性氧化物的中間液相，通過液相溶解析出機制能有效控制氮化后得到的氮化鋁粉體的球形度。經實驗證明，該方法制備的氮化鋁粉體球形度好，顆粒較大，D50粒徑能夠達到30μm～50μm，耐水解性較好。

附圖說明

圖1為一實施方式的氮化鋁粉體的制備方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似改進，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。

請參閱圖1，一實施方式的氮化鋁粉體的制備方法包括以下步驟S110～S140。

S110、在鋁鹽中滴加沉淀劑進行化學沉淀反應，并在反應過程中加入助劑，反應后收集沉淀，沉淀經水洗、干燥、煅燒后得到粉體。

其中，助劑選自稀土氧化物和堿性氧化物中的至少一種，粉體中含有氧化鋁以及助劑。

具體的，在鋁鹽中滴加沉淀劑的過程中，鋁鹽能夠與沉淀劑發生化學沉淀反應，生產沉淀。在鋁鹽與沉淀劑反應的過程中加入助劑，助劑選自稀土氧化物和堿性氧化物中的至少一種。本發明在制備氧化鋁的過程中加入助劑。粉體中的助劑能夠與生成的氫氧化鋁沉淀充分混勻，助劑引入的更加均勻，從而得到含有助劑的粉體。

具體的，鋁鹽可以選自硝酸鋁、硫酸鋁和氯化鋁中的至少一種，沉淀劑可以選自尿素、氨水和碳酸氫銨中的至少一種，鋁鹽與沉淀劑發生化學沉淀反應生成氧化鋁。

本實施方式中，鋁鹽為硫酸鋁，化學式：Al(SO₄)₃。沉淀劑為尿素，化學式：CO(NH₂)₂。硫酸鋁與尿素在溶液中混合進行化學沉淀反應。具體可以將硫酸鋁溶液與尿素溶液混合，硝酸鋁與碳酸氫銨發生化學反應生成氫氧化鋁或者氫氧化鋁水合物(Al(OH)₃·nH₂O)沉淀。當然，可以理解，在其他實施方式中，鋁鹽也還可以是氯化鋁(AlCl₃)等，沉淀劑還可以為碳酸銨(NH₄)₂CO₃等，只要能夠通過化學沉淀反應得到氫氧化鋁或氫氧化鋁水合物即可。

具體的，助劑選自氧化釔(Y₂O₃)、氧化鏑(Dy₂O₃)、氧化鐿(Yb₂O₃)、氧化鈣(CaO)和氧化鋇(BaO)中的至少一種。

具體的，助劑占粉體質量的0.01％～1％，即粉體中助劑的含量為0.01wt％～1wt％。在反應的過程中加入助劑，助劑可以分批次均勻的加入，使得粉體中助劑與氧化鋁沉淀充分混勻，助劑引入的更加均勻。

在一個實施方式中，制備的粉體的粒徑D50為5μm～8μm，比表面積為0.8m²/g～1m²/g。

本實施方式通過在化學沉淀反應制備氧化鋁原料的過程中即引入助劑，改變了傳統的在碳熱還原反應過程中再引入助劑的方式。本實施方式的得到的粉體中助劑與氧化鋁原料能夠混勻的更充分，造粒球在氮氣氛圍中氮化時，助劑能有效與氧化鋁反應形成氧化鋁-稀土氧化物或氧化鋁-堿性氧化物的中間液相，顆粒不易崩解，通過液相溶解析出機制能有效控制氮化后得到的氮化鋁粉體的球形度。

S120、將S110中得到的粉體與碳原料混合得到混合物，混合物濕法球磨后得到漿料。

具體的，碳原料選自石墨粉、碳黑和乙炔黑中的至少一種，粉體與碳原料按照鋁(Al)與碳(C)的摩爾比為1:3～5混合。本實施方式中，碳原料具有高純、高比表的特征。

具體的，將粉體與碳原料混合得到混合物，混合物濕法球磨后得到漿料的操作中，還包括在混合物中加入粘結劑和分散劑，粘結劑與混合物的質量比為1～5:100。分散劑與混合物的質量比為0.1～1:100。在濕法球磨的過程中加入溶劑，得到的漿料的固含量為45％～65％。

本實施方式中，先將粘結劑和分散劑加入到混合物中，邊球磨邊加入溶劑，球磨1h～24h，使得漿料的固含量為45％～65％。

具體的，粘結劑可以為油脂類的粘結劑，本實施方式選用日本中京油脂的粘結劑。分散劑可以為聚乙二醇(PEG)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚丙烯酸銨等。本實施方式選用日本中京油脂的分散劑。

具體的，溶劑可以為水或有機溶劑等。通過濕法球磨，可將混合物中各組分混合的更加均勻，形成的漿料可直接用于造粒。

S130、將S120中得到的漿料離心霧化后形成造粒球。

具體的，將漿料離心霧化后形成造粒球的操作中，將漿料在攪拌狀態下進行離心霧化，離心霧化的進口溫度為200℃～250℃，離心霧化的出口溫度為90℃～110℃，離心霧化的轉速為12000rpm～18000rpm。

本實施方式中，將濕法球磨后的形成的漿料一邊攪拌，一邊離心霧化噴霧造粒，并以一定的進口溫度、出口溫度以及離心霧化的轉速形成造粒球，使得造粒球的粒徑更加均勻。

S140、在氮氣氛圍中對S130中得到的造粒球進行氮化，得到氮化鋁粉體。

本實施方式中，形成造粒球后，造粒球不經過粉碎，直接加入氮化裝置中進行氮化。

具體的，在氮氣氛圍中對造粒球進行氮化的操作具體為：將造粒球置于石墨坩堝中，在溫度為1550℃～1700℃條件下氮化5h～15h。石墨坩堝的材質為碳，不會引入其他金屬雜質。氮氣的流量(SLM)可根據實際反應量來調整，具體可以為1L/min-50L/min。

氮氣氛圍中，溫度為1550℃～1700℃條件下氮化5h～15h后，含有助劑的粉體與碳原料發生碳熱還原反應，生成大顆粒氮化鋁(AlN)粉體。

本發明創造性的在化學沉淀反應制備氧化鋁原料的過程中即引入助劑，改變了傳統的在碳熱還原反應過程中再引入助劑的方式。使得助劑引入更加均勻，助劑與氧化鋁能夠混勻的更充分，造粒球在氮氣氛圍中氮化時，造粒球無需經過粉碎再于助劑混合，從而使得造粒球能夠保持較好的球形結構和較大的粒徑。一方面，氮化時，助劑能有效與氧化鋁反應形成氧化鋁-稀土氧化物或氧化鋁-堿性氧化物的中間液相，顆粒不易崩解，通過液相溶解析出機制能有效控制氮化后得到的氮化鋁粉體的球形度。另一方面，助劑還能提高反應速率并降低氮化溫度。

具體的，本實施方式中，在氮氣氛圍中對造粒球進行氮化的操作之后，還包括將氮化后的造粒球進行除碳處理，除碳處理的溫度為600℃～720℃，保溫時間為3h～10h。經除碳處理后，氮化鋁粉體的純度更高，提高氮含量，降低氧含量。除碳處理后，將氮化鋁真空包裝儲存。

在一個實施方式中，制備得到的氮化鋁粉體的直徑為30μm～50μm。具體的，氮化鋁粉體群的平均直徑可用中位粒徑D50表示。

上述氮化鋁粉體的制備方法，先將鋁鹽和沉淀劑混合后進行化學沉淀反應，在鋁鹽與沉淀劑反應的過程中加入稀土氧化物或堿性氧化物助劑，反應后收集沉淀，沉淀經水洗、干燥、煅燒后得到粉體。粉體中助劑與氧化鋁充分混勻，助劑引入的更加均勻。含有助劑的粉體與碳原料混合得到混合物，球磨并離心霧化后形成造粒球。造粒球在氮氣氛圍中氮化時，助劑能有效與氧化鋁反應形成氧化鋁-稀土氧化物或氧化鋁-堿性氧化物的中間液相，通過液相溶解析出機制能有效控制氮化后得到的氮化鋁粉體的球形度。經實驗證明，該方法制備的氮化鋁氮含量高，氧含量低，顆粒球形度好，顆粒較大，粒徑D50能夠達到30μm～50μm，耐水解性較好。

以下為具體實施例部分。

以下實施例如無特別說明，未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件。

實施例1

在硫酸鋁中滴加尿素進行化學沉淀反應，在反應的過程中加入氧化鈣(CaO)，反應后收集沉淀，將沉淀經水洗、干燥、煅燒后得到粉體，引入的氧化鈣占粉體質量的0.1％。得到的粉體顆粒形貌近球形，粒徑D50范圍為0.6μm，比表面積(BET)為10m²/g。按照鋁與碳的摩爾比為1:4的比例將粉體與碳黑混合得到混合物。在混合物中加入粘結劑和分散劑，其中，粘結劑與混合物的質量比為2:100，分散劑與混合物的質量比為0.5:100，濕法球磨混合4h后得到漿料。將球磨后的漿料一邊攪拌，一邊噴霧造粒得到造粒球，造粒工藝參數為進口溫度240℃，出口溫度為100℃，霧化器轉速為15000rpm。將造粒球直接裝入石墨坩堝進行碳熱還原反應，反應條件為1550℃氮化6h，氮氣流量為30L/min，氮化后的造粒球經箱式爐除碳，除碳處理的溫度為660℃,保溫時間為5h，制備的球形氮化鋁粉體。

對實施例1制備的球形氮化鋁粉體進行性能測試，結果如下如表1。表中的單位ppm表示百萬分之一。

表1：實施例1制備的球形氮化鋁粉體性能測試結果

從表1可以看出，氮化鋁粉體的氮含量高，氧含量低，顆粒球形度好，顆粒較大，雜質含量少。將制備的氮化鋁粉體以10％質量分數分散在水中，每隔一個小時檢測懸浮液的pH值，期間持續不間斷進行攪拌，經檢測，所制備的氮化鋁粉體可以保持3天以上基本不發生水解，說明具有良好的耐水解性能。

實施例2

在硝酸鋁溶液中滴加尿素進行化學沉淀反應，在反應的過程中加入氧化鈣(CaO)，反應后收集沉淀，將沉淀經水洗、干燥、煅燒后得到粉體，引入的氧化鈣占粉體質量的0.06％。得到的粉體顆粒形貌近球形，粒徑D50范圍為1.0μm，比表面積(BET)為8.2m²/g。按照鋁與碳的摩爾比為1:5的比例將粉體與碳黑混合得到混合物。在混合物中加入粘結劑和分散劑，其中，粘結劑與混合物的質量比為3:100，分散劑與混合物的質量比為0.5:100，濕法球磨混合4h后得到漿料。將球磨后的漿料一邊攪拌，一邊噴霧造粒得到造粒球，造粒工藝參數為進口溫度250℃，出口溫度為110℃，霧化器轉速為16000rpm。將造粒球直接裝入石墨坩堝進行碳熱還原反應，反應條件為1600℃氮化6h，氮氣流量為30L/min，氮化后的造粒球經箱式爐除碳，除碳處理的溫度為660℃,保溫時間為5h，制備的球形氮化鋁粉體。

對實施例2制備的球形氮化鋁粉體進行性能測試，結果如下如表2。表中的單位ppm表示百萬分之一。

表2：實施例2制備的球形氮化鋁粉體性能測試結果

從表2可以看出，氮化鋁粉體的氮含量高，氧含量低，顆粒球形度好，顆粒較大，雜質含量少。將制備的氮化鋁粉體以10％質量分數分散在水中，每隔一個小時檢測懸浮液的pH值，期間持續不間斷進行攪拌，經檢測，所制備的氮化鋁粉體可以保持3天以上基本不發生水解，說明具有良好的耐水解性能。

實施例3

在氯化鋁溶液中滴加氨水進行化學沉淀反應，在反應的過程中加入氧化釔(Y₂O₃)，反應后收集沉淀，將沉淀經水洗、干燥、煅燒后得到粉體，引入的氧化釔占粉體質量的0.06％。得到的粉體顆粒形貌近球形，粒徑D50范圍為0.6μm，比表面積(BET)為10m²/g。按照鋁與碳的摩爾比為1:4的比例將粉體與碳黑混合得到混合物。在混合物中加入粘結劑和分散劑，其中，粘結劑與混合物的質量比為2:100，分散劑與混合物的質量比為0.5:100，濕法球磨混合4h后得到漿料。將球磨后的漿料一邊攪拌，一邊噴霧造粒得到造粒球，造粒工藝參數為進口溫度240℃，出口溫度為100℃，霧化器轉速為15000rpm。將造粒球直接裝入石墨坩堝進行碳熱還原反應，反應條件為1550℃氮化6h，氮氣流量為30L/min，氮化后的造粒球經箱式爐除碳，除碳處理的溫度為660℃,保溫時間為5h，制備的球形氮化鋁粉體。

對實施例3制備的球形氮化鋁粉體進行性能測試，結果如下如表3。表中的單位ppm表示百萬分之一。

表3：實施例3制備的球形氮化鋁粉體性能測試結果

從表3可以看出，氮化鋁粉體的氮含量高，氧含量低，顆粒球形度好，顆粒較大，雜質含量少。將制備的氮化鋁粉體以10％質量分數分散在水中，每隔一個小時檢測懸浮液的pH值，期間持續不間斷進行攪拌，經檢測，所制備的氮化鋁粉體可以保持3天以上基本不發生水解，說明具有良好的耐水解性能。

實施例4

在硝酸鋁溶液中滴加碳酸氫銨進行化學沉淀反應，在反應的過程中加入氧化鏑(Dy₂O₃)，反應后收集沉淀，將沉淀經水洗、干燥、煅燒后得到粉體，引入的氧化鏑占粉體的質量的0.1％。得到的粉體顆粒形貌近球形，粒徑D50范圍為1.0μm，比表面積(BET)為20m²/g。按照鋁與碳的摩爾比為1:3的比例將粉體與石墨粉混合得到混合物。在混合物中加入粘結劑和分散劑，其中，粘結劑與混合物的質量比為1:100，分散劑與混合物的質量比為1:100，濕法球磨混合24h后得到漿料。將球磨后的漿料一邊攪拌，一邊噴霧造粒得到造粒球，造粒工藝參數為進口溫度200℃，出口溫度為90℃，霧化器轉速為12000rpm。將造粒球直接裝入石墨坩堝進行碳熱還原反應，反應條件為1550℃氮化5h，氮氣流量為50L/min，氮化后的造粒球經箱式爐除碳，除碳處理的溫度為600℃,保溫時間為3h，制備的球形氮化鋁粉體。

對實施例4制備的球形氮化鋁粉體進行性能測試，結果如下如表4。表中的單位ppm表示百萬分之一。

表4：實施例4制備的球形氮化鋁粉體性能測試結果

從表4可以看出，氮化鋁粉體的氮含量高，氧含量低，顆粒球形度好，顆粒較大，雜質含量少。將制備的氮化鋁粉體以10％質量分數分散在水中，每隔一個小時檢測懸浮液的pH值，期間持續不間斷進行攪拌，經檢測，所制備的氮化鋁粉體可以保持3天以上基本不發生水解，說明具有良好的耐水解性能。

實施例5

在硝酸鋁溶液中滴加碳酸銨進行化學沉淀反應，在反應的過程中加入氧化鐿(Yb₂O₃)和氧化鋇(BaO)，反應后收集沉淀，將沉淀經水洗、干燥、煅燒后得到粉體，引入的氧化鐿與氧化鋇的總質量占粉體的質量的1％。得到的粉體形貌近球形，粒徑D50范圍為1.0μm，比表面積(BET)為8m²/g。按照鋁與碳的摩爾比為1:5的比例將粉體與石墨粉混合得到混合物。在混合物中加入粘結劑和分散劑，其中，粘結劑與混合物的質量比為5:100，分散劑與混合物的質量比為0.1:100，濕法球磨混合1h后得到漿料。將球磨后的漿料一邊攪拌，一邊噴霧造粒得到造粒球，造粒工藝參數為進口溫度250℃，出口溫度為110℃，霧化器轉速為18000rpm。將造粒球直接裝入石墨坩堝進行碳熱還原反應，反應條件為1700℃氮化15h，氮氣流量為1L/min，氮化后的造粒球經箱式爐除碳，除碳處理的溫度為720℃,保溫時間為10h，制備的球形氮化鋁粉體。

對實施例5制備的球形氮化鋁粉體進行性能測試，結果如下如表5。表中的單位ppm表示百萬分之一。

表5：實施例5制備的球形氮化鋁粉體性能測試結果

從表5可以看出，氮化鋁粉體的氮含量高，氧含量低，顆粒球形度好，顆粒較大，雜質含量少。將制備的氮化鋁粉體以10％質量分數分散在水中，每隔一個小時檢測懸浮液的pH值，期間持續不間斷進行攪拌，經檢測，所制備的氮化鋁粉體可以保持3天以上基本不發生水解，說明具有良好的耐水解性能。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。