六方氮化硼（hBN）片晶在平面(a-軸)上的導熱率遠大于其在垂直于所述平面(c-軸)上的導熱率。在c-軸方向上，導熱率約2W/mK；相比之下，在a-軸方向上，導熱率為200-400W/mK。將六方氮化硼填充到塑料或者橡膠中作為導熱絕緣材料時，在填充過程中片狀六方氮化硼的方向會在加工過程中慢慢與材料的流動方向一致，即發生“取向”，造成材料在各個方向上導熱性能不一，尤其是在垂直于取向的方向上發生明顯劣化，影響材料的使用。例如，在制造熱界面材料時，六方氮化硼顆粒的面內方向(a軸方向)與熱界面材料的厚度方向呈垂直，不能充分有效利用六方氮化硼顆粒的面內方向(a軸方向)的高導熱系數。

各向異性的六方氮化硼片晶

片晶狀填料能夠在特定方向上顯著增強材料的導熱性能，因此通過特殊的定向手段將其按照所需方向進行排列--例如使六方氮化硼顆粒的面內方向(a軸方向)沿高導熱片取向的厚度方向的技術是一個很好的利用六方氮化硼a軸熱導率的方法。然而，這種方式通常制程復雜且操作難度相對較大。此外，由于六方氮化硼顆粒的形狀為鱗片形狀，在樹脂中填充時會使復合材料體系粘度增加，流動性差，難以進行高填充。

此外，還有一種常用的方法可以間接利用六方氮化硼a軸的高熱導率，即使用由六方氮化硼片晶隨機取向形成（這一過程我們可以理解為一個造粒過程）的團聚體作為填料。由微米級六方氮化硼片晶隨機取向組成的六方氮化硼團聚物粉體，具有各向同性的導熱性，可以在不依賴復雜定向工藝的情況下，使復合材料在各個方向上的導熱性能較為均勻，提高材料的整體導熱性能。造粒后的hBN不僅具有各向同性的熱導率，其流動性也有所改善，可以在復合材料中實現較高的填充水平，從而實現復合材料更高的導熱率。

各向同性的球形六方氮化硼團聚物

然而，僅在各向同性團聚體的機械穩定性足以經受住復合材料加工過程（例如填充、傳送、定量、配混和成形，尤其是配混過程），才可成功實現導熱方向依賴性的最小化。如六方氮化硼團聚體顆粒機械穩定性不足，當用作聚合物（例如熱塑性塑料、硬塑料和有機硅）填料時，團聚體易因加工期間所產生的高剪切力而發生部分或甚至完全崩解成六方氮化硼初級顆粒（六方氮化硼片晶）。此外，當團聚體崩解時填料的表面積將大大增加，導致復合材料的流變性劣化，致填料填充量下降，這將進一步使復合材料的導熱性能下降。除了填料顆粒需要具備一定強度以經受復合材料的加工過程外，在專利文件CN105026312B中還提到，如果六方氮化硼顆粒如果彈性模量過高，則六方氮化硼顆粒之間會因彼此的面接觸不充分，從而使樹脂組合物的導熱系數降低。因此，在實際應用中，還應考慮顆粒強度與顆粒彈性模量之間的平衡。

專利文件CN104284860A提供了一種制備具有良好機械穩定性的各向同性六方氮化硼團聚體的節省成本的簡單方法，發明者將六方氮化硼片晶與粘結相原料混合加工成顆粒或模制體，所述顆粒或模制體隨后在氮化氣氛中經受至少1000℃的溫度下的溫度處理，并且如果必要的話將所獲得的顆粒或模制體粉碎和/或分級。團聚體為片晶狀六方氮化硼初級顆粒的團聚物，其中六方氮化硼初級顆粒通過無機粘結相彼此連接，從而使得可獲得與不含粘結劑的團聚體相比機械性上更穩定的團聚體。粘結相中可能是為氮化鋁、氮氧化鋁、氮化硅、氮氧化硅、氮化鈦或混合的氮化物或氮氧化物（例如賽隆），或如上化合物的混合物。團聚體可為略帶圓形至球形或塊狀和角形，具體取決其制備方法：通過噴霧干燥制備的團聚體甚至在氮化之后保持其略帶圓形至球形的形狀。經由壓實和粉碎制備的團聚體的形狀略呈塊狀或厚塊狀、角形或方形。

專利文件CN109790025B提供了一種導熱性能優異、且粒子強度高的氮化硼團聚體粉末的制備方法。該發明以平均粒徑為6μm-55μm、并且碳量為18％-21％的碳化硼為原料，通過加壓氮化燒成、脫碳結晶化以及適當的后處理工藝步驟來獲得粒子強度高且一次粒徑均等的塊狀氮化硼團聚體粒子，在塊狀氮化硼粒子的內部存在多個鱗片狀的六方晶氮化硼（一次粒子）如下圖。采用該法制備的氮化硼的塊狀粒子在累積破壞率為63.2%時，粒子強度不低于8.0 MPa；在累積破壞率為20.0%時，粒子強度不低于4.5 MPa。

塊狀氮化硼粒子的掃描型電子顯微鏡照片

參考資料

1、CN104284860A 氮化硼團聚體、其制備方法及其用途

2、CN105026312B 氮化硼粉末及含有該氮化硼粉末的樹脂組合物

3、CN109790025B 氮化硼塊狀粒子、其制造方法及使用了其的導熱樹脂組合物

編輯整理：粉體圈Alpha