本發(fā)明屬于陶瓷粉末制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫耐水性的氮化鋁陶瓷粉末的制備方法。

背景技術(shù)：

氮化鋁是一種綜合性能優(yōu)異的陶瓷材料，具有熱導(dǎo)率高(理論值為320w/mk)、電絕緣性能好、介電常數(shù)和介電損耗低、與硅的熱膨脹系數(shù)相匹配等一系列優(yōu)良特性，被認(rèn)為是新一代高集成度半導(dǎo)體基片和電子器件封裝的理想材料。氮化鋁粉體作為導(dǎo)熱填料填充到有機(jī)物中制備散熱用熱界面材料，尤其具有廣闊的應(yīng)用前景，其被認(rèn)為是替代目前廣泛使用的氧化鋁、氧化硅等填料的理想選擇。

但是氮化鋁粉體極易水解，即使在空氣中，氮化鋁粉體也會(huì)與空氣中的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成鋁氧化合物，水解后氧含量的增加，會(huì)使其熱導(dǎo)率大幅下降。氮化鋁作為導(dǎo)熱填料應(yīng)用時(shí)，對(duì)耐水性有著更為苛刻的要求，這主要是因?yàn)榧呻娐返入娮悠骷谶\(yùn)行過(guò)程中，局部溫度可達(dá)到120～130℃，高溫會(huì)使氮化鋁粉體的水解速率進(jìn)一步加快，一方面極大降低熱界面材料的散熱性能，另一方面水解產(chǎn)生的氨也會(huì)對(duì)電子器件的性能產(chǎn)生不良影響。因此，實(shí)現(xiàn)氮化鋁粉體在較高溫度下的耐水性，是將其作為新一代導(dǎo)熱填料應(yīng)用，并進(jìn)一步推動(dòng)熱界面材料更新?lián)Q代的基本前提。

目前，關(guān)于氮化鋁粉體抗水解的研究已有很多。如中國(guó)專利cn105565823a(2016.05.11公開(kāi))發(fā)明了一種防止氮化鋁水解的方法，該方法將氮化鋁漿料與聚氨酯混合處理，經(jīng)改性后的氮化鋁粉體具有良好的抗水解性能，適用于水基漿料制備或水基成型制備氮化鋁陶瓷等。中國(guó)專利cn1872692a(2006.12.06公開(kāi))將氮化鋁粉體與有機(jī)羧酸在有機(jī)溶液中攪拌，再加入非離子型表面活性劑，處理后的粉體可以在60℃以下潮濕環(huán)境中不發(fā)生水解反應(yīng)。中國(guó)專利cn1686946a(2005.10.26公開(kāi))采用四乙氧基硅烷對(duì)氮化鋁粉體進(jìn)行浸泡處理，處理后的粉體可以在100℃以下的潮濕環(huán)境中保持穩(wěn)定不發(fā)生水解，這些研究成果都在一定程度上提升了氮化鋁粉體抗水解的性能。但現(xiàn)有研究成果，很難實(shí)現(xiàn)氮化鋁粉體在100～130℃高溫條件下的抗水解要求。因此，為了滿足電子行業(yè)對(duì)氮化鋁抗水解性能的苛刻需求，進(jìn)一步拓寬氮化鋁的應(yīng)用范圍，還需要開(kāi)發(fā)新的制備具有高溫耐水性氮化鋁的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種制備具有高溫耐水性的氮化鋁陶瓷粉體的方法，其具體步驟如下：

(1)將磷酸化合物、氮化鋁粉體，依次加入到去離子水和有機(jī)溶劑的混合溶液中，在30～65℃恒溫持續(xù)攪拌5～60min；

(2)向上述溶液中加入烷氧基硅烷類化合物，繼續(xù)在30～65℃恒溫持續(xù)攪拌1～12小時(shí)；

(3)將混合物過(guò)濾或離心，用去離子水和有機(jī)溶劑多次清洗，在50～80℃烘干后，即得到最高在130℃的高溫潮濕環(huán)境中不發(fā)生水解的氮化鋁粉體。

所述步驟(1)中所述的磷酸化合物為磷酸、磷酸二氫鋁、堿金屬磷酸二氫鹽、堿土金屬磷酸二氫鹽中的一種或幾種。

所述堿金屬磷酸二氫鹽為磷酸二氫鋰、磷酸二氫鈉、磷酸二氫鉀中的一種或幾種；所述堿土金屬磷酸二氫鹽為磷酸二氫鈣、磷酸二氫鎂、磷酸二氫鋇中的一種或幾種。

所述步驟(1)中磷酸化合物的用量是氮化鋁粉體質(zhì)量的1％～5％。

所述步驟(1)中去離子水用量是氮化鋁粉體質(zhì)量的200％～800％，有機(jī)溶劑用量是氮化鋁粉體質(zhì)量的100％～400％。

所述步驟(2)中所述的烷氧基硅烷類化合物為可水解縮合的四烷氧基硅烷、三烷氧基硅烷、二烷氧基硅烷中的一種或幾種。

所述四烷氧基硅烷為正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯中的一種或幾種；所述三烷氧基硅烷為甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一種或幾種；所述二烷氧基硅烷為二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷中的一種或幾種。

所述步驟(2)中烷氧基硅烷類化合物用量是氮化鋁粉體質(zhì)量的2％～10％。

所述步驟(1)和步驟(3)中所述的有機(jī)溶劑為可溶解烷氧基硅烷類化合物的醇類、酯類、醚醇類中的一種或幾種。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

1.本發(fā)明制備具有高溫耐水性氮化鋁粉體在作為導(dǎo)熱填料應(yīng)用時(shí)，可保證電子器件在運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的高溫環(huán)境下正常工作。

2.本發(fā)明的保護(hù)層通過(guò)p-o-si鍵連接在氮化鋁顆粒的表面，在氮化鋁顆粒表面形成一層極薄且致密的磷硅化合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有高的結(jié)合強(qiáng)度，即使在130℃時(shí)保護(hù)層也不會(huì)脫落，即處理后的氮化鋁粉體具有了高溫耐水性。實(shí)現(xiàn)其高溫耐水性的同時(shí)，對(duì)氮化鋁粉體自身熱導(dǎo)率影響極小。

3.該工藝操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本低，重復(fù)性能好。

附圖說(shuō)明

附圖1：未處理的氮化鋁粉體與處理后的氮化鋁粉體在130℃與水反應(yīng)24小時(shí)，反應(yīng)前后ph值的變化：a.未處理的氮化鋁粉體；b.實(shí)施例1中處理后的氮化鋁粉體。

附圖2：未處理的氮化鋁粉體與處理后的氮化鋁粉體在130℃與水反應(yīng)24小時(shí)，水解產(chǎn)物的xrd圖譜：a.未處理的氮化鋁粉體；b.實(shí)施例1中處理后的氮化鋁粉體。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種制備具有高溫耐水性的氮化鋁陶瓷粉體的方法，該方法具體的反應(yīng)為：首先讓氮化鋁粉體與酸性磷酸化合物反應(yīng)，使氮化鋁表面吸附一層磷酸根基團(tuán)；隨后體系中加入的可水解縮合的烷氧基硅烷類化合物，在體系氫離子作用下發(fā)生水解，水解后生成的si-oh基團(tuán)進(jìn)一步與氮化鋁表面磷酸根基團(tuán)中的羥基發(fā)生脫水縮合，從而以p-o-si鍵的形式連接在氮化鋁顆粒表面；隨著烷氧基硅烷類化合物水解的持續(xù)進(jìn)行，最終在氮化鋁表面得到結(jié)構(gòu)致密、縮合程度高的磷硅化合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能起到阻隔氮化鋁與水接觸和反應(yīng)的目的。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

將0.1g濃磷酸、10g氮化鋁粉體加入20g去離子水和10g酒精的混合液中，在30℃水浴條件下攪拌10min后，向上述溶液中加入0.2g正硅酸乙酯，繼續(xù)攪拌2個(gè)小時(shí)；將上述混合物離心，得到的氮化鋁分別用去離子水和乙醇溶液各清洗2次后，在50℃烘干，即得到處理后的氮化鋁粉體。

為測(cè)試處理后氮化鋁粉體的高溫耐水性，將0.5g處理后的氮化鋁粉體加入25g去離子水中，攪拌后測(cè)初始ph值；將上述混合液轉(zhuǎn)移到50ml聚四氟乙烯罐，放入水熱反應(yīng)釜中，并將螺旋旋緊固定；之后將水熱釜置于干燥箱中，在130℃下靜置24小時(shí)后取出，待冷卻后測(cè)反應(yīng)后ph值(如圖1中b所示)。將反應(yīng)后的粉體離心并用去離子水連續(xù)清洗2次，干燥后測(cè)產(chǎn)物xrd(如圖2中b所示)。

實(shí)施例2

將0.5g磷酸二氫鈉、10g氮化鋁粉體加入80g去離子水和40g酒精的混合液中，在65℃水浴條件下攪拌60min后，向上述溶液中加入1g正硅酸甲酯，繼續(xù)攪拌12個(gè)小時(shí)；將上述混合物離心，得到的氮化鋁分別用去離子水和乙醇溶液各清洗2次后，在80℃烘干，即得到處理后的氮化鋁粉體。

實(shí)施例3

將0.3g磷酸二氫鋁、10g氮化鋁粉體加入40g去離子水和40g酒精的混合液中，在45℃水浴條件下攪拌30min后，向上述溶液中加入0.5g甲基三甲氧基硅烷，持續(xù)攪拌4小時(shí)；將上述混合物離心，得到的氮化鋁分別用去離子水和乙醇溶液各清洗2次后，在80℃烘干，即得到處理后的氮化鋁粉體。

實(shí)施例4

將0.2g磷酸二氫鈣、10g氮化鋁粉體加入20g去離子水和40g酒精的混合液中，在55℃水浴條件下攪拌5min后，向上述溶液中加入0.5g二甲基二乙氧基硅烷，持續(xù)攪拌5小時(shí)；將上述混合物離心，得到的氮化鋁分別用去離子水和乙醇溶液各清洗2次后，在60℃烘干，即得到處理后的氮化鋁粉體。