1、制备方法
图1：DBDP等离子球磨结构原理示意图
在氮气气氛下，前驱体Al2O3分别进行普通球磨和等离子球磨，将球磨后的Al2O3进行碳热还原反应，得到AlN粉末进行表征对比。
2、前驱体预处理
图2：DBDP等离子球磨和普通球磨Al2O3粉末的XRD图谱
图2是等离子球磨和普通球磨Al2O3粉末的XRD图谱，由图可以看出球磨时间越长，衍射峰的强度和半峰宽变得越低越宽，且等离子球磨过的粉体衍射峰强度和半峰宽比普通球磨的更低更宽，这说明等离子球磨细化Al2O3粉末的能力更强。
图3：DBDP等离子球磨和普通球磨Al2O3粉末的晶粒尺寸(a)和晶格缺陷(b)随球磨时间的变化曲线
图3为Al2O3粉体的晶粒尺寸和晶格缺陷随球磨时间的变化曲线，从图中可以看出，在相同的处理时间下，等离子球磨Al2O3粉末晶粒尺寸比普通球磨的更小，而晶格缺陷比普通球磨的更多。
图4：不同球磨方式下Al2O3的SEM和TEM图：(a)Al2O3原粉，(b)普通球磨10h，(c)等离子球磨10h，(d)普通球磨40h，(e)等离子球磨40h，(f)等离子球磨40 h TEM图
图4为不同方式处理不同时间Al2O3的SEM和TEM图，由图看出未球磨的Al2O3粉末呈现不规则的珊瑚形状，平均颗粒尺寸约为1μm，普通球磨10h和等离子球磨10h的粉体为球形颗粒。对比图中颗粒尺寸可以发现，等离子球磨可导致Al2O3粉末的颗粒尺寸进一步细化，球磨40h后粉体粒径明显增加并形成大块状形态聚集体。
这主要是由于在研磨过程中出现了一些Al2O3的层状结构，这些层状结构通过堆积和粘结形成松散的大聚集体。同时，可以看出大量的纳米Al2O3颗粒附着在块状聚集体的表面上。此外，使用等离子球磨得到的聚集体的形态轮廓清晰，表面光滑且融合的迹象。
3、碳热还原反应合成AlN
图5：1400℃下进行碳热还原反应后粉体XRD谱图
图5为等离子球磨和普通球磨40ｈ的Al2O3粉末在1400℃下氮化合成AlN粉末的XRD图谱，从图可看到有AlN的衍射峰出现，说明Al2O3转变成AlN。相对于普通球磨后碳热反应还存在部分Al2O3未完全转变，但是等离子球磨下全部完成转变，仅有AlN的衍射峰存在。
图6：不同球磨方式下，（a）温度对AlN转化率的影响 (b)研磨时间对AlN转化率的影响
图6为不同条件下AlN的转化率，从图可以看到，在1200℃后，AlN逐渐开始生成，当温度升到1400℃时，等离子球磨40h后完全转化为AlN，而普通球磨AlN转化率仅为65％，当温度升高到1600℃，普通球磨AlN转化率才达到100%。相同温度下，等离子球磨下的AlN转化率显著高于普通球磨。这也表明“等离子体+机械力”协同场作用下，可以有效降低氮化反应温度，显著提高AlN合成率。
图7 等离子球磨40h，1400℃合成AlN粉末的SEM和TEM照片
图7为等离子球磨40h，1400℃合成AlN粉末的SEM和TEM照片，由图可知，合成的AlN粉末具有良好的晶格形貌并呈现出不规则的块状结构，同时AlN粉末分布相对均匀，平均颗粒尺寸大约在500-1000 nm之间。由电子衍射图知，合成的AlN是六方结构。
4、结论
（1）相比普通球磨，等离子球磨Al2O3粉，晶粒尺寸和颗粒尺寸更小，同时晶格畸变和比表面积更大；导致等离子球磨在较低的氮化温度下有更快的化学反应速率和更高AlN转化率；
（2）相同温度下，等离子球磨合成AlN的产率要大大优于普通球磨。
（3）合成的AlN粉末是具有精细晶体形态的六方AlN，呈现不规则的块状结构，并且AlN粉末具有均匀的分布，平均粒径在500nm至1000nm之间。
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