在新材料蓬勃发展的当下，氮化铝作为一种极具潜力的无机材料，备受关注。氮化铝陶瓷凭借其出色的热学和电学性能，在电子封装和集成电路领域展现出广阔的应用前景。然而，氮化铝粉体易水解的特性，严重制约了其在相关领域的进一步发展和应用。因此，如何提升氮化铝粉体的抗水解性能，成为2025年氮化铝行业研究的关键方向。
一、氮化铝行业现状及改性需求
《2025-2030年全球及中国氮化铝行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，氮化铝陶瓷因具有高热导率、低介电损耗、优异绝缘性、与半导体材料硅匹配的热膨胀系数以及没毒等特性，成为高功率器件散热封装的理想材料。但氮化铝粉体在水或潮湿环境中极易发生水解反应，生成氢氧化铝和氨气，致使粉体氧含量上升。氧扩散到晶格内部取代氮原子形成铝空位，产生晶格缺陷，导致氮化铝陶瓷热导率降低。目前，提高氮化铝粉体抗水解性能的方法主要有物理包覆和化学改性，但这些方法存在成本高、污染环境、影响陶瓷热导率等问题，因此，筛选适宜的试剂对氮化铝粉体表面进行改性处理至关重要。
二、氮化铝粉体表面改性实验方法
实验以实验室合成的氮化铝粉体、月桂酸、聚乙二醇 6000、无水乙醇为主要原料。将 100g 氮化铝粉体分散到 100mL 无水乙醇中，加入质量分数 1% - 7% 的月桂酸和 2% 的聚乙二醇，与氧化锆球(质量比 3:1)一同加入球磨罐，以 250r/min 的速度球磨 12h，随后过滤、洗涤，在 60℃恒温干燥箱干燥 12h，制得表面改性的氮化铝粉体。水解实验时，分别将 2g 未改性和改性的氮化铝粉体加入 100mL 去离子水，搅拌均匀并超声分散 2min，置于 40℃烘箱保温，定期测量悬浮液 pH 评估稳定性。实验还采用多种仪器对粉体进行物相分析、形貌观察、pH 测量、官能团检测及元素组成和化学状态分析。
三、氮化铝粉体改性后的结构与形态变化
对改性前后的氮化铝粉体进行 FT - IR 检测，结果显示，月桂酸的羧酸基团与氮化铝表面羟基发生酯化反应，形成包覆层。改性后粉体表面长链烷基降低表面能，增强疏水性，减少与水分子接触面积，降低反应活性，抑制水解反应。XPS 分析表明，月桂酸通过化学吸附在氮化铝表面形成致密覆盖层，通过羧基与氮化铝表面羟基的酯化反应形成化学键合界面层，实现表面包覆改性。TEM 照片显示，初始氮化铝粉体表面光滑，改性后形成 12.2 - 16.1nm 的非晶态包覆层，证实了表面改性过程中化学键合机制的主导作用。
四、氮化铝粉体改性后的抗水解性能提升
通过观察氮化铝粉体在水相悬浮液中的 pH 变化、XRD 图谱以及微观形貌变化，评估月桂酸改性对其抗水解性能的影响。结果表明，随着月桂酸含量增加，改性氮化铝粉体抗水解性能逐步提升。未改性氮化铝粉体悬浮液 pH 随浸泡时间延长持续增大，24h 达到最大值 11.36，伴有刺激性气体;单独用 2% 聚乙二醇改性的粉体无明显抗水解效果;添加月桂酸后，5LA - 2P - AlN 在水中浸泡 24h 悬浮液 pH 稳定在 8 以下，72h 后升到 9.13;7LA - 2P - AlN 在水中浸泡 72h 悬浮液 pH 为 8.88 左右，无刺激性气味。XRD 图谱显示，随着月桂酸含量增加，氢氧化铝的衍射峰逐渐减弱，5% 和 7% 月桂酸改性的粉体未发生水解，保持氮化铝晶体结构。SEM 照片也证实，改性后粉体抗水解性能提升，7LA - 2P - AlN - 72 颗粒形貌与未水解前基本一致。
研究采用不同质量分数的月桂酸对氮化铝粉体进行表面改性，月桂酸中的羧基与氮化铝粉体表面的羟基发生类酯化反应，形成 12.2 - 16.1nm 的包覆层。随着月桂酸含量增加，氮化铝粉体抗水解性能显著提升，当含量为 7% 时，改性后的粉体在 40℃水中浸泡 72h 未水解，pH 保持在 9 以下，维持原始晶体结构，微观形貌未变。该表面改性技术提高了氮化铝粉体抗水解性能，使其能适应水基造粒和成型等工艺，为氮化铝陶瓷技术发展提供了新途径，有助于推动氮化铝在电子封装和集成电路等领域的广泛应用 。
