氮化鋁與氮化硼：兩種高性能導熱材料
文章出處：行業動態
責任編輯：東莞東超新材料科技有限公司
發表時間：2024-07-13
氮化鋁（AlN）和氮化硼（BN），包括其同素異形體立方氮化硼（c-BN）和六方氮化硼（h-BN），是現代電子行業中不可或缺的高性能導熱材料。它們在高溫、高頻等嚴苛環境下的廣泛應用，為電子器件的散熱和電氣絕緣提供了可靠保障。
氮化鋁（AlN）的導熱與絕緣性能
氮化鋁以其極高的熱導率著稱，室溫下可達320 W/m·K，遠超氧化鋁（Al2O3）。這使得AlN成為理想的熱沉材料，尤其在半導體器件散熱領域表現突出。在電氣絕緣方面，AlN作為一種寬禁帶半導體材料，展現出以下特點：
- 高絕緣電阻：在室溫下可視為電介質。
- 介電常數：約為8-10，較高值可能限制其在高頻應用中的適用性。
- 擊穿場強：高達1.8 MV/cm，適合在較高電場下保持絕緣性能。
因此，氮化鋁在需要同時考慮熱管理和電氣絕緣的場合中備受青睞。
氮化硼（BN）的導熱與絕緣性能
氮化硼，尤其是立方氮化硼（c-BN），其熱導率可達600-700 W/m·K，優于氮化鋁。六方氮化硼（h-BN）的熱導率雖略低，但也能達到幾十到300 W/m·K。在電氣絕緣方面，氮化硼的性能如下：
- 優異的電絕緣性：六方氮化硼的絕緣性能優于氮化鋁。
- 介電常數：約為4-5，低值使其在高頻應用中更具優勢。
- 擊穿場強：超過2.5 MV/cm，在高壓應用中表現出色。
立方氮化硼（c-BN）雖具有高絕緣性能，但由于制備難度和成本，其應用領域相對有限。
粉體改性是指通過特定的化學或物理方法對氮化鋁粉末進行處理，以改善其性能，如提高導熱性、改善粒度分布、增強與基體的結合力等。粉體進行改性，可以滿足不同應用領域的需求，提高其性能，從而擴大其在各種應用領域的應用范圍。東超新材在功能粉體表面處理領域擁有多年的研究經驗，已成功研發出改性氮化硼粉體、改性氮化鋁粉體。
綜合比較與應用選擇
1. 立方氮化硼（c-BN）的熱導率高于氮化鋁（AlN）。
2. 六方氮化硼（h-BN）的熱導率與氮化鋁相近，但可能因結構不完美而略低。
3. 兩種材料的熱導率均受制備工藝、純度、微觀結構等因素影響。
在實際應用中，選擇氮化鋁還是氮化硼作為導熱材料，需綜合考慮應用場景、成本、加工難度等因素。它們在高分子材料中的應用主要體現在提高材料的導熱性能、機械性能和耐熱性能等方面。BN的高導熱性能使其成為理想的導熱填料，可以用于制備導熱高分子復合材料。在高分子材料中添加BN或AlN可以顯著提高材料的性能，但同時也需要注意填料與基體之間的相容性和界面結合力，以確保復合材料的整體性能達到預期。因此，在實際應用中，通常需要對填料進行表面處理，以提高其與高分子基體的結合力。
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