بررسی تاثیر کلرید آمونیوم (NH4Cl) و اندازه ذرات پودر آلومینیوم در تولید ویسکرهای نیتریدآلومینیوم(AlN) به‌روش نیتریداسیون مستقیم

در این پژوهش ویسکرهای نیترید آلومینیوم (aln) در کوره لوله‌ای تحت جریان 500 گاز نیتروژن در دمای c˚1000 با یک ساعت ماندگاری در این دما تهیه شدند. مواد اولیه شامل آلومینیوم (al) با اندازه ذرات 3 میکرومتر و 45 میکرومتر و کلرید آمونیوم (nh4cl) بود. برای بررسی ویسکرهای نیترید آلومینیوم، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) و پراش اشعه x (xrd) به‌کار گرفته شدند. بررسی یافته‌ها نشان داد که با نسبت‌های متفاوت کلرید آمونیوم به پودر آلومینیوم 3 میکرومتری، ویسکرهای نیترید آلومینیوم با قطر 140 تا 340 نانومتر به‌دست آمد. در حالت استفاده از بیش از 40% وزنی کلرید آمونیوم، فرآورده پایانی، نیترید آلومینیوم خالص و عاری از آلومینیوم واکنش نکرده بود. از ترکیب کلرید آمونیوم با پودر آلومینیوم 45 میکرومتر، ویسکرهای نیترید آلومینیوم با قطر630 تا 870 نانومتر به‌دست آمد و با افزودن بیش از 50% وزنی کلرید آمونیوم، نیترید آلومینیوم خالص ایجاد شد. بررسی‌های ریزساختاری نشان داد که با افزایش میزان کلرید آمونیوم قطر ویسکرها افزایش می‌یابد (تقریباً حدود 200 نانومتر). همچنین با افزایش اندازه ذرات آلومینیوم، ویسکرهای نیترید آلومینیوم با قطر بیشتر به‌دست آمد. با افزوده شدن کلرید آمونیوم به آلومینیوم واکنش‌های خودبه‌خودی کلریده شدن و نیتریده شدن ترمودینامیکی در فاز گازی افزایش یافت و منجر به تشکیل ویسکرها و هم‌چنین فرآورده نیترید آلومینیوم خالص شد.

The Effects of NH4Cl and Particle Size of Al Powder in AlN Whiskers Synthesis by Direct Nitridation

In this study, AlN whiskers were prepared in a tube furnace at 1000˚C for 1h with 500 nitrogen gas flow.Al powders with particle size of 3 μm and 45 μm and NH4Cl were used as raw materials. SEM, TEM and XRD analysis were used to characterize AlN whiskers. The results showed that the diameters of AlN whiskers would range from 140 nm to 340 nm if different amounts of NH4Cl and 3 μm Al powder were used. In the case of using NH4Cl more than 40wt%, pure AlN without any unreacted Al was formed as the final product. Using NH4Cl and Al with particle size of 45 μm led to AlN whiskers with 630 nm to 870 nm in diameter. By adding 50%wt NH4Cl, pure AlN was formed. The diameter of the whiskers was increased by increasing NH4Cl content in starting materials (about 200 nm). Also, an increase in the diameter of AlN whisker resulted from coarse Al powder. By adding NH4Cl to Al, thermodynamically spontaneous cholororination nitridation reactions were increased in vapor phase and whiskers and pure AlN powder were produced.