關鍵詞：5G，TIM, EMI ,EMC， ESD, 絕緣,透波，高導熱，國產高端新材料

導語：隨著電子設備的性能和功能的提高，每個設備產生的熱量增加，熱量有效地散發、消散和冷卻熱量很重要。對于5G智能手機和AR/VR設備等高性能移動產品，由于采用高性能IC和追求減輕重量的高度集成設計，導致散熱部件的安裝空間受到限制，因此利用高導熱墊片和導熱凝膠等TIM材料來更好地散熱。

什么是氮化硼?

氮化硼是由氮原子和硼原子所構成的晶體。化學組成為43.6%的硼和56.4%的氮，具有四種不同的變體：六方氮化硼（HBN)、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼（CBN）和纖鋅礦氮化硼（WBN）。

氮化硼問世于100多年前，最早的應用是作為高溫潤滑劑的六方氮化硼，不僅其結構而且其性能也與石墨極為相似，且自身潔白，所以俗稱：白石墨。

氮化硼（BN）陶瓷是早在1842年被人發現的化合物。國外對BN材料從第二次世界大戰后進行了大量的研究工作，直到1955年解決了BN熱壓方法后才發展起來的。美國金剛石公司和聯合碳公司首先投入了生產，1960年已生產10噸以上。

1957年R·H·Wentrof率先試制成功CBN，1969年美國通用電氣公司以商品Borazon銷售，1973年美國宣布制成CBN刀具。

1975年日本從美國引進技術也制備了CBN刀具。

1979年首次成功采用脈沖等離子體技術在低溫低壓卜制備崩c—BN薄膜。

20世紀90年代末，人們已能夠運用多種物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）的方法制備c-BN薄膜。

從中國國內看，發展突飛猛進，1963年開始BN粉末的研究，1966年研制成功，1967年投入生產并應用于我國工業和尖端技術之中。

物質特性

CBN通常為黑色、棕色或暗紅色晶體，為閃鋅礦結構，具有良好的導熱性。硬度僅次于金剛石，是一種超硬材料，常用作刀具材料和磨料。

氮化硼具有抗化學侵蝕性質，不被無機酸和水侵蝕。在熱濃堿中硼氮鍵被斷開。1200℃以上開始在空氣中氧化。真空時約2700℃開始分解。微溶于熱酸，不溶于冷水，相對密度2.29。壓縮強度為170MPa。在氧化氣氛下最高使用溫度為900℃，而在非活性還原氣氛下可達2800℃，但在常溫下潤滑性能較差。氮化硼的大部分性能比碳素材料更優。對于六方氮化硼：摩擦系數很低、高溫穩定性很好、耐熱震性很好、強度很高、導熱系數很高、膨脹系數較低、電阻率很大、耐腐蝕、可透微波或透紅外線。

物質結構

氮化硼六方晶系結晶，最常見為石墨晶格，也有無定形變體，除了六方晶型以外，氮化硼還有其他晶型，包括：菱方氮化硼（r-BN)、立方氮化硼（c-BN）、纖鋅礦型氮化硼（w-BN)。人們甚至還發現像石墨稀一樣的二維氮化硼晶體。

通常制得的氮化硼是石墨型結構，俗稱為白色石墨。另一種是金剛石型，和石墨轉變為金剛石的原理類似，石墨型氮化硼在高溫（1800℃）、高壓（8000Mpa）[5~18GPa]下可轉變為金剛型氮化硼。是新型耐高溫的超硬材料，用于制作鉆頭、磨具和切割工具。

應用領域

1. 金屬成型的脫模劑和金屬拉絲的潤滑劑。

2. 高溫狀態的特殊電解、電阻材料。

3. 高溫固體潤滑劑，擠壓抗磨添加劑，生產陶瓷復合材料的添加劑，耐火材料和抗氧化添加劑，尤其抗熔融金屬腐蝕的場合，熱增強添加劑、耐高溫的絕緣材料。

4. 晶體管的熱封干燥劑和塑料樹脂等聚合物的添加劑。

5. 壓制成各種形狀的氮化硼制品，可用做高溫、高壓、絕緣、散熱部件。

6. 航天航空中的熱屏蔽材料。

7. 在觸媒參與下，經高溫高壓處理可轉化為堅硬如金剛石的立方氮化硼。

8. 原子反應堆的結構材料。

9. 飛機、火箭發動機的噴口。

10.高壓高頻電及等離子弧的絕緣體。

11.防止中子輻射的包裝材料。

12.由氮化硼加工制成的超硬材料，可制成高速切割工具和地質勘探、石油鉆探的鉆頭。

13.冶金上用于連續鑄鋼的分離環，非晶態鐵的流槽口，連續鑄鋁的脫模劑。

14.做各種電容器薄膜鍍鋁、顯像管鍍鋁、顯示器鍍鋁等的蒸發舟。

15.各種保鮮鍍鋁包裝袋等。

16.各種激光防偽鍍鋁、商標燙金材料，各種煙標，啤酒標、包裝盒，香煙包裝盒鍍鋁等等。

17.化妝品用于口紅的填料，無毒又有潤滑性，又有光澤。

未來前景

由于鋼鐵材料硬度很高，因而加工時會產生大量的熱，金剛石工具在高溫下易分解，且容易與過渡金屬反應，而c-BN材料熱穩定性好，且不易與鐵族金屬或合金發生反應，可廣泛應用于鋼鐵制品的精密加工、研磨等。c-BN除具有優良的耐磨性能外，耐熱性能也極為優良，在相當高的切削溫度下也能切削耐熱鋼、鐵合金、淬火鋼等，并且能切削高硬度的冷硬軋輥、滲碳淬火材料以及對刀具磨損非常嚴重的Si-Al合金等。實際上，由c-BN晶體（高溫高壓合成)的燒結體做成的刀具、磨具已應用于各種硬質合金材料的高速精密加工中。

c-BN作為一種寬禁帶（帶隙6.4 eV）半導體材料，具有高熱導率、高電阻率、高遷移率、低介電常數、高擊穿電場、能實現雙型摻雜且具有良好的穩定性，它與金剛石、SiC和GaN一起被稱為繼Si、Ge及GaAs之后的第三代半導體材料，它們的共同特點是帶隙寬，適用于制作在極端條件下使用的電子器件。與SiC和GaN相比，c-BN與金剛石有著更為優異的性質，如更寬的帶隙、更高的遷移率、更高的擊穿電場、更低的介電常數和更高的熱導率。顯然作為極端電子學材料，c-BN與金剛石更勝一籌。然而作為半導體材料金剛石有它致命的弱點，即金剛石的n型摻雜十分困難（其n型摻雜的電阻率只能達到102Ω·cm，遠遠未達到器件標準），而c-BN則可以實現雙型摻雜。例如，在高溫高壓合成以及薄膜制備過程中，添加Be可得到P型半導體；添加S、C、Si等可得到n型半導體。因此綜合看來c-BN是性能最為優異的第三代半導體材料，不僅能用于制備在高溫、高頻、大功率等極端條件下工作的電子器件，而且在深紫外發光和探測器方面有著廣泛的應用前景。事實上，最早報道了在高溫高壓條件下制成的c-BN發光二極管，可在650℃的溫度下工作，在正向偏壓下二極管發出肉眼可見的藍光，光譜測量表明其最短波長為215 nm（5.8 eV）。c-BN具有和GaAs、Si相近的熱膨脹系數，高的熱導率和低的介電常數，絕緣性能好，化學穩定性好，使它成為集成電路的熱沉材料和絕緣涂覆層。此外c-BN具有負的電子親和勢，可以用于冷陰極場發射材料，在大面積平板顯示領域具有廣泛的應用前景。

在光學應用方面，由于c-BN薄膜硬度高，并且從紫外（約從200 nm開始）到遠紅外整個波段都具有高的透過率，因此適合作為一些光學元件的表面涂層，特別適合作為硒化鋅（ZnSe）、硫化鋅（ZnS）等窗口材料的涂層。此外，它具有良好的抗熱沖擊性能和商硬度，有望成為大功率激光器和探測器的理想窗窗口材料。

什么是氧化鋁？

氧化鋁(aluminium oxide)是一種無機物，化學式Al2O3，是一種高硬度的化合物，熔點為2054℃，沸點為2980℃，在高溫下可電離的離子晶體，常用于制造耐火材料。

工業氧化鋁是由鋁礬土（Al2O3·3H2O）和硬水鋁石制備的，對于純度要求高的Al2O3，一般用化學方法制備。Al2O3有許多同質異晶體，已知的有10多種，主要有3種晶型，即α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。其中結構不同性質也不同，在1300℃以上的高溫時幾乎完全轉化為α-Al2O3。

氧化鋁是鋁的穩定氧化物，化學式為Al2O3。在礦業、制陶業和材料科學上又被稱為礬土。

分子結構圖

性狀：難溶于水的白色固體，無臭、無味、質極硬，易吸潮而不潮解（灼燒過的不吸濕）。氧化鋁是典型的兩性氧化物（剛玉是α形屬于六方最密堆積，是惰性化合物，微溶于酸堿耐腐蝕[1]），能溶于無機酸和堿性溶液中，幾乎不溶于水及非極性有機溶劑；相對密度(d204）4.0；熔點2050℃。

儲存：密封干燥保存。

用途：用作分析試劑、有機溶劑的脫水、吸附劑、有機反應催化劑、研磨劑、拋光劑、冶煉鋁的原料、耐火材料。

氧化鋁含有元素鋁和氧。若將鋁礬土原料經過化學處理，除去硅、鐵、鈦等的氧化物而制得的產物是純度很高的氧化鋁原料，Al2O3含量一般在99%以上。礦相是由40%～76%的γ- Al2O3和24%～60%的α- Al2O3組成。γ- Al2O3于950～1200℃可轉變為α- Al2O3，同時發生顯著的體積收縮。

什么是氫氧化鋁?

氫氧化鋁是一種無機物，化學式Al(OH)3，是鋁的氫氧化物。氫氧化鋁既能與酸反應生成鹽和水又能與強堿反應生成鹽和水，因此它是一種兩性氫氧化物。由于又顯一定的酸性，所以又可稱之為鋁酸（H3AlO3）。但實際與堿反應時生成的是四羥基合鋁酸鹽（[Al(OH)4]-）。因此通常在把它視作一水合偏鋁酸（HAlO2·H2O），按用途分為工業級和醫藥級兩種。

基本性質

CAS號：21645-51-2

分子式：Al(OH)3

分子量：78.004

精確質量：77.98980

PSA：60.69000。

物化性質

外觀與性狀：白色非晶形的粉末

密度：2.40g/cm3

熔點：300℃

水溶解性：不溶

儲存條件：庫房通風低溫干燥

氫氧化鋁與酸反應：Al(OH)3+3HCl → AlCl3+3H2O

Al(OH)3+3H+→Al3++3H2O

氫氧化鋁與堿反應：Al(OH)3+NaOH → Na[Al(OH)4]

氫氧化鋁在堿性環境中異構反應：Al(OH)3→HAlO2+H2O

Al(OH)3+OH-→AlO2-+2H2O

氫氧化鋁受熱分解：

氫氧化鋁水中兩種電離：

1、Al(OH)3?Al3++ 3OH-（堿式電離）

2、Al(OH)3+H2O?[Al(OH)4]-+H+（酸式電離）

其中的[Al(OH)4]-中學上習慣寫成AlO2-，但是實際上這是錯誤的。

一般所謂的氫氧化鋁實際上是指三氧化二鋁的水合物。如向鋁鹽溶液中加入氨水或弱堿而得到的白色膠狀沉淀，其含水量不定，組成也不均勻，統稱為水合氧化鋁。只有在鋁酸鹽溶液中（含有Al(OH)4-離子）的溶液中通CO2才可得到真正的氫氧化鋁。

結晶的氫氧化鋁與水合氧化鋁不同，難溶于酸，加熱到373K也不脫水，在573K加熱2h才能轉變為偏氫氧化鋁AlO(OH)。

氫氧化鋁屬兩性氫氧化物。由于其存在兩種電離形式，既是弱酸，可以有酸式化學式H3AlO3，又是弱堿，可以有堿式化學式Al(OH)3。氫氧化鋁具有兩性，既能與酸反應又能與堿反應。

氫氧化鋁的酸性在于它是路易斯酸可以加合OH-，從而體現堿性

Al(OH)3由于兩種電離的存在，可以產生兩種鹽：鋁鹽和偏鋁酸鹽：

⒈鋁鹽：AlCl3、KAl(SO4）2·12H2O（明礬），它們的水溶液因Al3+的水解而顯酸性

2.偏鋁酸鹽，NaAlO2、KAlO2，它們的水溶液呈堿性：AlO-+ 2H2O → Al(OH)3+ OH-當兩類鹽混合時，即發生雙水解反應，生成 Al(OH)3。

Al3++ 3 AlO-+ 6H2O = 4Al(OH)3↓

氫氧化鋁主要有325目、800目、1250目、5000目四個規格。白色粉末狀固體。幾乎不溶于水，能凝聚水中的懸浮物，吸附色素。

氫氧化鋁是用量最大和應用最廣的無機阻燃添加劑。氫氧化鋁作為阻燃劑不僅能阻燃，而且可以防止發煙、不產生滴下物、不產生有毒氣體，因此，獲得較廣泛的應用，使用量也在逐年增加。使用范圍：熱固性塑料、熱塑性塑料、合成橡膠、涂料及建材等行業。同時，氫氧化鋁也是電解鋁行業所必需氟化鋁的基礎原料，在該行業氫氧化鋁也是得到非常廣泛應用。

高端氮化硼-氧化鋁-氫氧化鋁

一

氮化硼

二

氧化鋁

1、導熱氧化鋁

2、球形氧化鋁

三

氫氧化鋁