目前,氧化铝碳热氮化法制备氮化铝虽已工业运用,但该方法仍存在反应温度高,时间长等缺点,在课题组前期研究中,已可在300Pa、1923K、保温2.5h下将氧化铝经真空碳热还原氮化法完全转化为氮化铝。为进一步优化氧化铝真空碳热还原氮化制备氮化铝的实验条件,本文首先采用Factsage软件对相关反应进行热力学计算,并采用第一性原理的方法对前期实验过程中发现的中间产物Al₂CO、Al₄C₃以及Al₆C₃N₂进行氮化反应机理研究,根据热力学计算和第一性原理研究的结果,开展实验研究,获得了更为优化的氧化铝真空碳热还原氮化制备氮化铝的方法。本文首先对氧化铝碳热还原氮化法制备氮化铝过程的相关反应在100k Pa和300Pa的压力下进行了反应热力学计算,计算结果表明:当压强从标准压强降低至300Pa时,Al N、Al₂CO、Al₂O（g）、Al（g）及Al₄C₃开始反应温度分别由1963.3K、2208.4K、2357.0K、2447.5K和2257.8K降低至1545.9K、1723.2K、1804.0K、1818.2K和1775.5K,并且反应开始温度递增的顺序为:Al N2CO4C₃2O（g）2CO、Al₄C₃和Al₆C₃N₂的氮化机理进行了研究,研究结果表明,对Al₂CO体系而言,Al₂CO中的C易发生聚集,且Al₂CO更容易氮化生成Al₆C₃N₂。对Al₄C₃-C-N₂体系而言,存在外部C且温度为1923K时,Al₄C₃容易氮化并形成Al₆C₃N₂的结构,晶格中的C原子会发生聚集现象。Al₆C₃N₂的动力学模拟结果表明其容易发生氮化反应,且晶格中的C原子在氮化过程中产生聚集现象,Al₆C₃N₂的氮化反应为Al₆C₃N₂+2N₂→6Al N+3C。根据中间产物的氮化机理研究结果可知,中间产物Al₂CO最难被氮化、Al₄C₃次之、Al₆C₃N₂最容易被氮化。根据热力学研究和动力学模拟结果对氧化铝真空碳热还原氮化法制备氮化铝采用双温区真空炉进行实验改进,当Al₂O₃和C的摩尔比为1:3.25,在1923K,300Pa时,保温1.5h即可将氧化铝全部转化为粒径小于5μm的氮化铝粉末,而且该过程中不存在Al（g）和Al₂O（g）生成,并且通过对热力学、反应机理以及实验研究结果可知该过程的反应路径为:Al₂O₃→Al₂CO/Al₄C₃→Al₆C₃N₂→Al N。实验结果表明氧化铝真空碳热还原氮化制备氮化铝具有制备纳米氮化铝的可能性,因此对Al_nN_n（n=2-9）团簇的生长机理进行了研究,研究结果显示:Al_nN_n（n=2-9）团簇的反应路径为Al N（plane）→Al₂N₂（plane）→Al₃N₃（plane）→Al₄N₄（plane）→Al₅N₅（bulk）→Al₆N₆（bulk）→Al₇N₇（bulk）→Al₈N₈（bulk）→Al₉N₉（bulk）,由路径可知Al₄N₄团簇和Al₅N₅团簇之间存在二维到三维团簇结构转变点,在转变点之后,团簇的稳定结构均为三维体相结构。