氮化铝陶瓷由于其优异的导热性能,高的绝缘以及良好的力学性能,与半导体材料相近的热膨胀系数,耐等离子体侵蚀等特点,是半导体芯片封装、精密电子仪器零部件、消费电子用光学器件等的关键材料。但现有制造高纯氮化铝粉末的原材料价格高、合成时间长、能耗高,造成氮化铝粉末价格较高,同时因其粒度细、易水解等特点,也使得粉末的存储与使用环境要求高。由于氮化铝硬度高、脆性大,加工性能差,采用传统的加工方法难以制备出复杂形状和高尺寸精度的零部件,极大地限制了氮化铝陶瓷的应用。这些限制了氮化铝材料的广泛应用,针对以上问题,本文开展了以下研究:(1)采用沉淀法合成碳酸氢铵与炭黑的混合前驱物,与氮气在加热条件下发生碳热还原反应,合成氮化铝与碳的混合物,经过在空气中除去多余的碳,得到氮化铝粉末。研究表明,采取反向滴定的方法,且控制pH值为8.5-10之间时,方能合成物相为碳酸铝铵的前驱物,该前驱物的开始氮化温度在1200℃-1300℃之间,通过调整碳铝比例与反应温度,可制备出不同粒径的氮化铝粉末。当碳铝原子摩尔比为8:1时,反应温度为1450℃时,合成氮化铝粉末一次粒径为80nm,比表面积为17m2/g,当碳铝原子摩尔比为1.8:1,反应温度为1650℃时,氮化铝粉末一次粒径在700 nm左右,比表面积为2.1m2/g。(2)采用磷酸+磷酸二氢铝对合成的氮化铝粉末进行表面改性,改性后的粉末进行抗水化试验,发现未经过改性的粉末很快发生水解,水中pH值上升至10,经XRD分析发现物相已变为氢氧化铝,SEM观察形貌发现已变成棒状或柱状,而经过表面改性处理的氮化铝粉末能在70℃水中稳定存在72小时以上不发生水解。将处理好的粉末与氧化钇粉末进行球磨混合,发现研磨时间超过16小时后,经600℃煅烧的粉末氧含量增加明显,氮化铝表面保护层被破坏。将研磨4小时的氮化铝和氧化钇的混合浆料进行喷雾造粒,得到平均粒径为52.1μm,松装密度和振实密度分别为0.93g/cm3和1.05 g/cm3的造粒粉。粉末在200MPa压力下,生坯相对密度为58%。经过脱脂、烧结得到的氮化铝陶瓷,热导率为171.2W/m·k。抗弯强度为340MPa。(3)采用蜡基粘结剂分别与自制的碳热还原法氮化铝粉末以及购买的直接氮化法粉末混炼,制备氮化铝陶瓷喂料,研究了氮化铝原料粉末形貌与粒度对喂料临界装载量的影响,发现形貌相对规则的碳热还原法粉末比直接氮化法粉末具有更高的临界装载量,二者临界装载量分别为60vol.%和58vol.%,在临界装载量下,研究了喂料的粘度对剪切速率的变化以及对温度的敏感程度,发现二种喂料的综合因子αSTV分别为0.6-0.75之间。烧结后的氮化铝陶瓷零件热导率分别为186 W·m-1·K-1和130 W·m-1·K-1,抗弯强度分别为363MPa和320MPa。通过在混料过程中向喂料中加入1wt.%的热塑性酚醛树脂,发现最终脱脂坯中碳含量为0.4wt.%,将脱脂后的坯体氮气中加热至1500℃,保温4小时后,碳含量变为0.04wt.%,氧含量由1.89wt%降至1.32wt.%。烧结后的样品中第二相呈岛状分布,且相组成为Y4A1209和YA103,二者比例为1:2,最终烧结样品的热导率提高到248 W/m·k。