氮化铝陶瓷的烧结简介及调控(毕业论文)

般在光学、电学和半导体领域都具有很大应用潜能。氮化铝（AlN）是Al、N唯一稳定的化合物,氮原子和铝原子之间主要以共价键结合，属于二元共价化合物。AIN有两种基本晶体结构(如图1-1所示）。

（a）AlN六方纤锌矿结

（b）AlN闪锌矿结构

图1-1. AlN的晶体结构

其中（a）所示的AIN属于六方纤锌结构(h-AIN)，6mm点群，P63mc空间群，其晶格常数为a=0.311nm，c=0.498nm，理论密度为3.26g/cm3。其晶胞结构如图1-2所示：

图1-2. 氮化铝的晶胞结构

Al原子与周围的4个N原子形成一个四面体，其中3个Al-i(i=l，2，3)键，称之为Bl，长为0.1885nm；沿c轴方向的Al-N0键，键长为0.1917nm，称之为B2。 N0-Al-Ni的键角为107.70 o，Ni-Al-Ni的键角为110.50o。同理以N原子为中心也形成了一个四面体，两个四面体形成具有C3V对称的三棱柱。在AlN

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晶胞中，Al和N原子均形成4个SP杂化轨道，Al原子有三个半满和一个空轨道，而N原子有三个半满和一个全满轨道。B2键就是由Al原子的空轨道与N原子的满轨道形成的。因此在c轴方向的B2键离子成分大，B2键的键能比其他三个等性的Bl键的键能相对要小，易断裂，因而c轴方向的沉积所需的溅射粒子能量大。

（b）所示的AlN属于闪锌矿结构(C-AIN)，具有类似金刚石的结构，F-43m空间群，其晶格常数为4.342nm，理论密度为3.32g/cm3，在体材料中很少出现，它的形成需要一定的内应力【2】。

AlN与其它高热导无机非金属材料（金刚石、BN、SiC、BeO等）类似，在结构方面具有以下四个共同特点，使其具备高热导性能：（1）低的原子质量；（2）强的原子间键合；（3）简单的晶体结构；（4）低的非简谐性。同时强度极大的共价键使得氮化铝具备高熔点，且藉由共价键的共振形成声子传递热能，使得氮化铝同时具备高热传导性。纯净的AlN陶瓷事无色透明的，然而通常使用的氮化铝材料由于混入的杂质不同而呈现出各种颜色。在1个大气压下，AlN不会熔化，而会在温度高于2400K时发生分解【3】。氮化铝的主要结构特性如表1-1所示。

表1-1. 纤锌矿结构氮化铝的物理和光学性能[9-10] 物理参数 密度（g/cm3） 热稳定性（℃） 熔点（℃） 功函数（eV） 禁带宽度（eV） 热导率（W/m?k） 热膨胀系数（K-1） 电阻率（?cm） 介电强度（kV/mm）

介电常数 表面声速（cm/s）

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纤维锌矿氮化铝

3.26 2200 2400 5.35 6.2 320

?a/a=4.2?10-6 ?c/c=5.3?10-6

～1013 14 8.5±0.2 6?105