Aluminiumnitrid
| Strukturformel | |
|---|---|
| Al3 + N3 − | |
| Allgemeines | |
| Name | Aluminiumnitrid |
| Summenformel | AlN |
| Andere Namen | |
| Kurzbeschreibung | -- |
| CAS-Nummer | -- |
| Sicherheitshinweise | |
| keine Gefärdungsklasse | |
| R- und S-Sätze | -- |
| Handhabung | Schutzmaßnahmen: Handschuhe, Staubmaske |
| Lagerung | kühl, unter striktem Sauerstoff- und Feuchtigkeitsausschluß |
| MAK | Maximale Arbeitsplatzkonzentration ml/m3 |
| LD50 (Ratte) | -- mg/kg |
| LD50 (Kaninchen) | -- mg/kg |
| Physikalische Eigenschaften | |
| Aggregatzustand | fest, flüssig, gasförmig |
| Farbe | bläulich bis grau |
| Dichte | 3,26 g/cm3 |
| Molmasse | -- g/mol |
| Schmelzpunkt | 2200 °C in N2 |
| Sublimationspunkt | 2000 °C |
| Dampfdruck | -- hPa |
| Löslichkeit | -- g/l in Wasser (20°C) |
| Gut löslich in | -- |
| Schlecht löslich in | -- |
| Unlöslich in | -- |
| Thermodynamik | |
| Kristallstruktur | -- |
| ΔfH0g | in kJ/mol |
| ΔfH0l | in kJ/mol |
| ΔfH0s | in kJ/mol |
| S0g, 1 bar | in J/(mol · K) |
| S0l, 1 bar | in J/(mol · K) |
| S0s | in J/(mol · K) |
| Analytik | |
| Klassische Verfahren | -- |
|
SI-Einheiten wurden, wo möglich, verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, wurden Normbedingungen benutzt. | |
Aluminiumnitrid, Summenformel AlN, kristallisiert in der Wurtzit-Struktur, in der hexagonalen Raumgruppe P63mc. Die Al-Atome bilden eine dichte Kugelpackung auf einem hexagonalen Gitter, die N-Atome besetzen die Hälfte der tetraedrischen Lücken dieses Gitters. Die Gitterkonstanten betragen a: 3.1114 Å und c: 4.9792 Å. Die Röntgendichte von AlN liegt bei 3.26 g/cm3. Aluminium und Stickstoff sind überwiegend kovalent gebunden, der Anteil der ionischen Bindung beträgt 45 %. Die relative Molekülmasse Mr beträgt 40,99 u. In Stickstoffatmosphäre besitzt es einen Schmelzpunkt von 2000 °C und sonst einen Sublimationspunkt von 2000 °C und hat eine Härte nach Mohs von 9.
Aluminiumnitridkeramik wird üblicherweise bei Temperaturen von ca. 1800°C drucklos gesintert. Mit Hilfe geeigneter Sinteradditive kommt es hierbei zum Flüssigphasensintern. In der Praxis hat sich die Dotierung mit Calcium- und Yttriumoxid als Standardverfahren weitgehend durchgesetzt.
Da AlN-Keramik eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit von 180 W/mK besitzt, wird es vor allem in der Leistungselektronik als Substratwerkstoff verwendet. Weiterhin ist der Einsatz der AlN-Keramik an den Stellen interessant, an dem viel Wärme abgeführt werden muss, die Werkstoffe jedoch keinen elektrischen Strom leiten dürfen.
Synthese
Aluminiumnitridpulver lässt sich aus Aluminiumoxid, Stickstoff bzw. Ammoniak und Kohlenstoffim Überschuss bei einer Temperatur >1600°C in einer carbothermischen Reaktion darstellen:
Ein weiterer Weg ist die Direktnitridierung.Bei dieser Syntheseart werden metallisches Aluminium- bzw. Aluminiumoxidpulver bei Temperaturen >900°C mit N2 oder NH3 zu AlN umgesetzt
Reaktionsverhalten
Aluminiumnitridpulver weist eine hohe Hydrolyseempfindlichkeit auf. Im Wasser ist eine unvollständige Spaltung von Aluminiumnitrid in Aluminiumhydroxid und Ammoniak zu beobachten. Gesinterte Keramik weist keine Hydrolyseempfindlichkeit auf. In Natronlauge zersetzt sich sowohl Aluminiumnitridpulver als auch gesinterte AlN-Keramik in Ammoniak und Aluminatlösung gemäß:
![AlN + NaOH + 3H_2O \to NH_3 + Na[Al(OH)_4]](/thierry/wikipedia/mediawiki/../images/math/dd3ccb26432da7a207bf5c3a4a9cebaf.png)
Weitere physikalische Eigenschaften
Bruchfestigkeit: 300-400 MPa (4 Punkt Biegeversuch)
E-Modul: 350 GPa
Wärmeausdehnungskoeffizient: 4,63 x 10-6 (RT bis 1850°C)
spezifische Wärme: 0,738 J/gK
Weblinks:
Siehe auch:
- Chemikalienliste
- WikiProjekt Chemikalien
- Portal Chemie