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Aluminiumnitrid



Strukturformel
Keine Strukturformel vorhanden
Allgemeines
Name Aluminiumnitrid
Andere Namen

keine

Summenformel AlN
CAS-Nummer 24304-00-5
Kurzbeschreibung weißer pulverförmiger Feststoff mit ammoniakartigem Geruch [1]
Eigenschaften
Molare Masse 40,99 g·mol−1
Aggregatzustand fest
Dichte 3,26 g·cm−3 [1]
Schmelzpunkt 2230 °C (in Stickstoff) [1]
Siedepunkt Sublimation oberhalb von 2000 °C [1]
Löslichkeit

bei Kontakt mit Wasser allmähliche Hydrolyse unter Ammoniakbildung[1]

Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
 [1]
R- und S-Sätze R: keine R-Sätze [1]
S: keine S-Sätze [1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Aluminiumnitrid, Summenformel AlN, ist ein chemische Verbindung von Aluminium und Stickstoff. Es kristallisiert in der Wurtzit-Struktur mit 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.

Inhaltsverzeichnis

Aluminiumnitridkeramik

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.

Aluminiumnitrid lässt sich auch durch physikalische Abscheideverfahren (PVD), sog. Sputtern, als Dünnschicht gewinnen. AlN ist schwach piezoelektrisch.

Synthese

Aluminiumnitridpulver lässt sich aus Aluminiumoxid, Stickstoff bzw. Ammoniak und Kohlenstoff im Überschuss bei einer Temperatur >1600 °C in einer carbothermischen Reaktion darstellen:

\mathrm{2 \ Al_2O_3 + 9 \ C + 4 \ NH_3 \longrightarrow 4 \ AlN + 3 \ CH_4 + 6 \ CO}
\mathrm{Al_2O_3 + 3 \ C + N_2 \longrightarrow 2 \ AlN + 3 \ CO}

Ein weiterer Weg ist die Direktnitridierung. Bei dieser Syntheseart wird metallisches Aluminium- bzw. Aluminiumoxidpulver bei Temperaturen > 900 °C mit N2 oder NH3 zu AlN umgesetzt:

\mathrm{2 \ Al + N_2 \longrightarrow 2 \ AlN}
\mathrm{Al_2O_3 + 2 \ NH_3 \longrightarrow 2 \ AlN + 3 \ H_2O}

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:

\mathrm{AlN + NaOH + 3 \ H_2O \longrightarrow NH_3 + Na[Al(OH)_4]}

Weitere physikalische Eigenschaften

Folgende Eigenschaften gelten für die AlN-Festkörperphase. Die Eigenschaften von AlN-Dünnschichten sind stark prozessabhängig, so dass z. B. intrinsische mechanische Spannung auftreten und sich AlN in dünne Schichten durch andere mechanische und elektrische Eigenschaften auszeichnet.

Quellen

  1. a b c d e f g h Eintrag zu Aluminiumnitrid in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 11. Okt. 2007 (JavaScript erforderlich)
 
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Aluminiumnitrid aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.
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