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邹小姐：13326633089 -
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氮化硼是我们都很熟悉的一种(zhong)(zhong)先进陶(tao)瓷材料(liao)，它(ta)有六种(zhong)(zhong)晶型，最常见的是立方氮化硼(c-BN)及六方氮化硼(h-BN)，其(qi)中c-BN和金刚石(shi)类似，主要用于制作(zuo)切(qie)割工(gong)具(ju)；h-BN是有类似石(shi)墨的层状(zhuang)结构和晶格参数的白(bai)色粉末，也被称(cheng)为白(bai)石(shi)墨，具(ju)有优秀(xiu)的热导率和绝缘特性，因此是最受重视(shi)的一种(zhong)(zhong)晶型。
氮化(hua)硼粉体
不过就算同是(shi)六(liu)方(fang)晶系氮(dan)化硼，根据制(zhi)备(bei)工(gong)艺的不同制(zhi)品其实还能继续(xu)分出不同流派，一是(shi)采用无(wu)压烧(shao)(shao)结、热压烧(shao)(shao)结、热等静压烧(shao)(shao)结等高温烧(shao)(shao)结工(gong)艺制(zhi)备(bei)的氮(dan)化硼陶(tao)瓷(ci)——目前一般认为热压烧结是比(bi)较(jiao)理想的烧(shao)结方式，热压法制备的陶瓷因具(ju)有密度(du)高、强度(du)高，生产工(gong)艺成熟等优(you)点得到广泛应用(yong)；二是采用(yong)化学气相(xiang)沉积技(ji)术制备的热(re)解氮(dan)化(hua)硼(Pyrolytic Boron Nitride,PBN)。二者在使用上到(dao)底(di)有什(shen)么不同，我(wo)们就用热压氮化硼(peng)(peng)为与和热解氮化硼(peng)(peng)来对比(bi)一下。
1.热压氮化硼
热压氮化硼(peng)其(qi)实(shi)就是采用热压烧结技术制备的陶瓷(ci)材料。其具体(ti)制备流(liu)程(cheng)如下：将干燥的粉体(ti)填入特制的石墨(mo)模具内，采(cai)用双向(xiang)或单向(xiang)的加(jia)(jia)压方式对模具进行单轴加(jia)(jia)压，同时在一定温(wen)度范(fan)围(wei)内加(jia)(jia)热，使成型和烧结同时进行。由于升(sheng)温(wen)和加(jia)(jia)压同时进行，这种外加(jia)(jia)的驱动力可以破(po)坏片状h-BN的卡片支撑结构，促进h-BN晶粒的重排，同时有效地降低烧结温度和缩短烧结时间。
根据(ju)资料显示，热压氮化硼(peng)是(shi)一种优(you)良的(de)电(dian)绝缘体(ti)，具有极好(hao)的(de)润滑(hua)性(xing)(xing)(xing)及高温稳定性(xing)(xing)(xing)，即便(bian)在极高的(de)温度下，也能保持其润滑(hua)性(xing)(xing)(xing)和(he)(he)惰性(xing)(xing)(xing)。氮化硼(peng)的(de)机械性(xing)(xing)(xing)相对(dui)较差，但具有很高的(de)热容(rong)量，优(you)异的(de)热传导性(xing)(xing)(xing)，出众的(de)介电(dian)强度和(he)(he)易加工性(xing)(xing)(xing)。在惰性(xing)(xing)(xing)气氛中，氮化硼(peng)可以承受超过2000℃的(de)高温，因此是(shi)一种理想(xiang)的(de)高温导热绝缘材料。
氮化硼陶瓷
另外，热压氮化硼具有各向异性的特性，原子排列垂直于压力方向时形成强键，表现出优良的强度、热学和电学特性。原子排列平行于压力方向时形成弱键，表现出优良的润滑性。根据上述特性，利用氮化硼陶瓷优良的化学稳定性，可用作熔化蒸发金属的坩埚、舟皿、液态金属输送管、合成GaAs晶体的坩埚、火箭喷嘴、大功率器件基座、熔化金属的管道、泵零件、铸钢模具、绝缘材料等。
2.热解氮化硼
热解(jie)氮化硼的制备工(gong)艺与前(qian)者有(you)很大区别，是采用化学(xue)气相沉(chen)积技术，在高温(wen)、高真(zhen)空条件(jian)下，由(you)氨(an)和硼(peng)的卤化(hua)物进(jin)行化(hua)学气(qi)相沉积（CVD）而成，既可以沉积成PBN薄板材料，也可以直接沉积成管、环或薄壁容器等PBN最终产品。
这种通(tong)过高温热解反应制备(bei)的氮化硼，具有高(gao)纯度、具有热(re)导(dao)率高(gao)、机械强(qiang)度高(gao)、电绝缘性(xing)好且无毒等异性(xing)能(neng)(neng)、化(hua)学惰性(xing)以(yi)及优(you)异的结构和性(xing)能(neng)(neng)，使其成(cheng)为(wei)元(yuan)素提纯、化(hua)合物及化(hua)合物半导(dao)体晶体生长的理(li)想容器。主(zhu)要应用有 OLED蒸发单元、半导体单晶生长（VGF、LEC）坩埚、分子束外延（MBE）蒸发坩埚、MOCVD 加热器、多晶合成舟、高温、高真空设备绝缘板等。其具体的制备流程如下：
①A三氯化(hua)硼、氮气(qi)混合气(qi)和(he)B氨气(qi)形成(cheng)主流(liu)气(qi)体进入化(hua)学气(qi)相沉积炉内(nei)；
②A三氯化(hua)硼、氮气(qi)(qi)混合(he)气(qi)(qi)和B氨(an)气(qi)(qi)经(jing)过扩散(san)(san)离开主流气(qi)(qi)体(ti)向模芯表(biao)面扩散(san)(san)；
③扩(kuo)散到模芯表面附近的(de)A三(san)氯(lv)化硼、氮气混合(he)气和B氨(an)气相互反(fan)应，反(fan)应产物C氮化硼扩(kuo)散到达模芯表面；
④A三(san)氯化硼(peng)、氮(dan)气(qi)(qi)混合气(qi)(qi)和B氨(an)气(qi)(qi)反应生(sheng)成C氮(dan)化硼(peng)和副产物D氯化氢；
⑤副产(chan)物D氯化氢和(he)表面吸附(fu)的反应气(qi)(qi)体(ti)A三氯化硼、氮气(qi)(qi)混合(he)气(qi)(qi)和(he)B氨气(qi)(qi)离开模芯表面向主(zhu)流气(qi)(qi)体(ti)扩散(san)
⑥副(fu)产物D氯化(hua)氢和B氨气相互(hu)反应生成氯化(hua)铵，高温下又分解为副(fu)产物D氯化(hua)氢和B氨气在主流气体(ti)中扩散；
⑦副产(chan)物D氯化氢和多余的(de)反应气(qi)体(ti)(ti)A三(san)氯化硼、氮气(qi)混合气(qi)和B氨气(qi)随主流气(qi)体(ti)(ti)排(pai)出(chu)化学气(qi)相(xiang)沉积炉系统(tong)外(wai)。
热解(jie)氮(dan)化(hua)硼的主要特点是(shi)纯度非(fei)常(chang)非(fei)常(chang)高，最高可达(da)到99.999%以上（热压氮化硼通常只有约99%的纯度），造成这点的原因主要是它的制备过程无需(xu)添(tian)加任何烧结剂。也因此(ci)热解氮化(hua)硼有着许多独到(dao)的(de)(de)特性(xing)，如极好的(de)(de)化(hua)学(xue)稳(wen)定(ding)(ding)性(xing)和(he)热稳(wen)定(ding)(ding)性(xing)，无孔隙，致密(mi)性(xing)好（其密(mi)度(du)接近材料的(de)(de)理论密(mi)度(du)值(zhi)）等(deng)。
但是(shi)PBN跟热压(ya)氮化硼(peng)相比有一个缺点就是(shi)成本更(geng)高（因为沉积速度(du)很慢），因此PBN制品都比较昂贵。
两(liang)者应用性能对(dui)比
同属六方晶(jing)系的(de)热解氮化硼其(qi)实(shi)和热压氮化硼在应用(yong)上(shang)有很多相通(tong)之处，如蒸发坩(gan)埚、熔炼坩(gan)埚、绝缘(yuan)板等，不过实(shi)际应用(yong)时它们还是会(hui)因性能的(de)不同而存(cun)在区别。比如说PBN产品的总杂质通常<100 ppm，即纯度不低于99.99%。如此高的纯度，使得PBN坩埚更受半导体行业的青睐，可用作OLED蒸发单元、半导体单晶生长（VGF、LEC）坩埚等。而凭借高密度和纯度，PBN也是真空工艺中被广泛使用的材料，如高温、高真空设备绝缘板等。
热解氮(dan)化硼VGF坩埚（来源：北(bei)京博(bo)宇半导体(ti)(ti)）
还有一(yi)(yi)点值得注(zhu)意的是，CVD工艺还会赋予PBN几乎完美的层状(zhuang)结构，如下图(tu)。从而导(dao)致(zhi)各向异性的热导(dao)率——在(zai)沉积方(fang)向（a向）和垂直于沉积面方(fang)向（C向）上的热导(dao)率相(xiang)差20倍左(zuo)右，使其成(cheng)为制(zhi)造晶体(ti)生长(zhang)(zhang)坩(gan)(gan)埚的理想材料(liao)。因此在(zai)GaAs晶体(ti)生长(zhang)(zhang)领域，PBN坩(gan)(gan)埚也是一(yi)(yi)个很受欢(huan)迎的选(xuan)择。
PBN材料断面SEM形(xing)貌：可以观察到，PBN呈现(xian)出堆(dui)垛层错，从而导致(zhi)其平均层间(jian)距要大于理论的层间(jian)距。由于PBN在沉(chen)积(ji)过程中沿(yan)C轴(zhou)方向(xiang)(xiang)生长，因此会(hui)表现(xian)出高(gao)度的层面取向(xiang)(xiang)，择(ze)优取向(xiang)(xiang)方向(xiang)(xiang)为C轴(zhou)。
不过在(zai)有(you)些应(ying)用上(shang)，也要考虑成本是(shi)否划得(de)来。比如说熔炼(lian)(lian)金(jin)(jin)属(shu)(shu)，虽(sui)说PBN坩埚(guo)致(zhi)密度(du)高，无气(qi)孔，因此(ci)熔融状态的(de)金(jin)(jin)属(shu)(shu)很难渗入坩埚(guo)壁内，当(dang)用小坩埚(guo)熔炼(lian)(lian)钛及其合金(jin)(jin)时，甚至在(zai)随(sui)炉(lu)冷却至室温的(de)情况下也极易(yi)倒(dao)出，且并不会粘结(jie)。不过正如前面(mian)所提，PBN价(jia)格(ge)昂(ang)贵且一般造型小巧(qiao)，因为哪怕使用PBN坩埚(guo)有(you)更好的(de)效(xiao)果，工(gong)业生产上(shang)一般也不会这么“奢侈”。
另外，热(re)(re)压氮(dan)化(hua)硼(peng)(peng)也不是就没(mei)有优势(shi)了。首先它(ta)易(yi)于(yu)加工，更容易(yi)根据需求加工得到(dao)所需形状(zhuang)和尺寸；其次它(ta)更具(ju)成(cheng)本效益，更适(shi)合作高温(wen)炉绝(jue)缘部(bu)件、热(re)(re)电偶保护管(guan)、熔融金属(shu)(shu)用(yong)坩埚或(huo)模具(ju)、非晶制带喷嘴及粉末金属(shu)(shu)雾化(hua)喷嘴等高温(wen)组(zu)件；最(zui)后热(re)(re)压氮(dan)化(hua)硼(peng)(peng)的制作工艺近年来也是进步连连，目前(qian)已经有部(bu)分热(re)(re)压氮(dan)化(hua)硼(peng)(peng)陶瓷(ci)可用(yong)于(yu)替(ti)代PBN，但实现(xian)它(ta)的重(zhong)要前(qian)提是控制粉体原料中(zhong)包括(kuo)氧、硅、铝等杂(za)质含(han)量，其中(zhong)又以氧含(han)量为(wei)主。
氮化硼(peng)喷嘴（来(lai)源(yuan)：赛瑞特）
总而言(yan)之，热解氮(dan)化硼和热压氮(dan)化硼其实各(ge)(ge)有各(ge)(ge)的优势，在应用时要根(gen)据自身的需求(qiu)选(xuan)择。小(xiao)编才疏学浅，若有遗漏(lou)或错误，也欢迎各(ge)(ge)位在下方评论区留言(yan)指正，谢(xie)谢(xie)！
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