氮化鋁（AlN）具有極高的理論熱導率（~320W/(m·K)）、優異的電絕緣性、低介電損耗以及與半導體材料匹配的熱膨脹系數。無論是作為高功率芯片封裝基板的理想材料，還是導熱硅脂、凝膠中的核心功能填料，乃至苛刻環境服役的精密陶瓷部件，AlN都在持續突破性能的邊界。然而，AlN粉體極易水解反應生成的含氧雜質（如γ-AlOOH、Al(OH)3、γ-Al2O3等），從而顯著降低粉體純度，劣化最終產品的導熱性能。更為突出的是，水解產物直接阻礙了AlN陶瓷水基成型工藝（如流延、注凝成型）的發展和應用。因此，隨著AlN應用場景的不斷拓展，尤其是在高濕環境、水性體系中的接觸需求增加，提升AlN粉體的抗水解穩定性已成為保障其先進應用性能可靠落地的核心技術瓶頸。

來源：寧夏艾森達

氮化鋁的水解原理

受限于現有制備工藝與環境敏感性，高純度氮化鋁（AlN）粉末的工業化生產仍具挑戰性。首先，AlN與水接觸時，水分子中的羥基（-OH）與AlN中的氮（N）和鋁（Al）發生作用，破壞AlN的晶體結構，形成中間產物無定形氫氧化物AlOOH和NH?。釋放的NH?進一步與水反應生成銨根（NH??）與氫氧根離子（OH?），并通過放熱促使體系溫度升高、堿性增強（pH＞9），為后續反應創造條件，接著在一定溫度和堿性條件下，非晶態的AlOOH進一步與水反應，生成氫氧化鋁（Al(OH)?），即最終AlN完全水解生成Al(OH)?和NH?。

AlN水解過程

AlN水解最終產物

值得注意的是，此水解過程并不僅限于AlN粉體直接與水接觸的情形，其暴露于空氣中時，亦可通過吸附空氣中水分而發生水解反應。尤其是AlN顆粒表面存在的缺陷增多或含有其他雜質時，會顯著催化其水解反應的進行，因此需要對其進行表面改性處理，降低粉末表面對水的化學活性。

氮化鋁的抗水解改性技術

針對AlN水解問題，主要有熱處理和表面修飾兩類改性策略，其中表面修飾又有無機表面修飾和有機表面修飾兩種。

1、熱處理：

該方法是在特定氣氛下對AlN粉體進行高溫熱處理，通過氧含量、溫度、氧化時間來控制其表面氧化形成一層致密的Al₂O₃薄膜作為物理屏障，一定程度上提高粉末的抗水解能力。此方法雖然工藝簡單，成本低廉，但其核心弊端在于熱處理過程必然引入的Al?O?相會顯著劣化AlN陶瓷本體的導熱性等關鍵性能，并非是高質量AlN存儲與應用的理想抗水解改性途徑。

2、無機表面改性

無機表面改性主要通過采用H₂SiO₃、H₃PO4等無機酸對AlN進行保護，使其表面形成類似薄膜的物質抑制其在溶液中的水解反應。通常來說，生成薄膜的溶解度會對AlN的水解有著比較大的影響，比如由于鋁硅酸鹽在熱水和冷水中的溶解度均很低，而磷酸鋁在熱水中溶解度較大，因此，高溫下H₂SiO₃對AlN的水解抑制效果明顯高于H₃PO₄。此外，這種改性技術的效果也與AlN粉末的粒徑相關，當粒徑較小時，粉末的表面活性更大，從而對無機酸的吸附能力越強，此時抗水解的效果也更明顯。當粒徑較大時進行包覆的抗水解效果不如小尺寸的，所以優先選擇小尺寸。

除了無機酸洗改性可為AlN生成一層保護膜，Al(H₂PO4)₃溶液中也可通過磷酸鹽陰離子在AlN顆粒表面至少形成單層磷酸鹽以防止水進入內部，因此用單一的高溫Al(H2PO4)3溶液處理AlN粉末亦或是在其基礎上結合無機酸洗也是一種有效的抗水解改性方式。

通過無機表面改性的AlN抗水解性能表現出比較理想的改性效果，同時成本低廉，是一種具有實用價值和應用前景的處理方法。

3、有機表面改性

有機表面改性通常是利用疏水的有機長鏈分子對AlN粉體表面進行包裹或者原位聚合來進行改性，使得水分子無法與AlN粉表面接觸，從而達到提高AlN粉抗水解性的目的，具有工藝簡單、耗時較短、改性效果明顯的特點，同時還可以在一定程度上改 善AlN粉末在液體懸浮液中的分散性。

目前常用的有機表面改性劑有有機羧酸、硬脂酸等，這類有機酸的羧基可與AlN表面的羥基接觸并反應，以致于在AlN表面覆蓋了一層有機長鏈，形成了有效的防水膜。除此之外，偶聯劑作為一種能夠改善無機物和有機物之間界面特性的一類改性添加劑，其分子結構存在親水基和疏水基兩種性基團，疏水基與有機材料其化學反應或有良好的相容性，親水基則可與無機材料形成化合鍵。因此，當偶聯劑作為AlN的改性劑時，親水基可與AlN表面連接，而疏水基則暴露于AlN表面，賦予其疏水性，從而避免AlN粉末表面與水的直接接觸， 提高AlN的抗水解能力，不過由于有機物的熱穩定性普遍較差，該技術的應用也存在一定的局現性

來源：網絡

小結

氮化鋁的抗水解改性，補僅僅是為了解決一個材料儲存或加工的“小麻煩”，其還嚴重影響著材料的最終效能邊界和應用的邊界拓展。目前，利用無機酸鹽或有機試劑進行表面包裹改性是實用且有效的主流技術路線。然而，面向更高工作溫度嚴苛環境的應用需求，現有改性技術的長效性和穩定性和普適性仍需進一步突破，同時系統評估改性層在長期服役下的可靠性及其對AlN本征導熱性能影響的極限。

參考文獻：

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