六方氮化硼(h-BN)因其優異的熱穩定性、電絕緣性、潤滑性和化學惰性,被譽為“白色石墨”,廣泛應用于脫模劑、導熱材料、高溫結構陶瓷、電子器件等多個前沿領域。隨著半導體封裝、新能源等高端制造場景的快速發展,市場對氮化硼材料的純度、形貌等性質提出了更高要求,也推動國產高性能氮化硼材料加速突破。
在這一背景下,“中國粉體工業萬里行”走進山東晶億新材料科技有限公司,進行了實地采訪與深入交流。晶億是國內較早專注氮化硼研發制造的企業,亦是目前國內唯一以氮化硼粉體為中心,系統開發熱壓陶瓷、涂料、氮化硼纖維及產品鏈衍生產品的專業公司,憑借高溫高純工藝與持續技術創新,正逐步構建起面向高端應用的完整產品體系與競爭優勢。
萬里行團隊與晶億侯廣生總經理合影
接下來,就讓我們一起走近這家專注氮化硼十余年的企業,了解它如何從源頭突破“卡脖子”,構建中國自己的高端BN材料體系。
從粉體起步:高溫合成打開高純之路
六方氮化硼的應用很多,其中多數對氮化硼粉體的性能都有著高要求。山東晶億新材正是在這一背景下,開啟了對高品質BN粉體的探索。企業最初業務聚焦于氮化硼涂層,尤其是金屬鑄造與粉末冶金領域常用的脫模劑。早年間,晶億從國外進口氮化硼粉體進行制備,但因采購周期長、成本高,逐漸意識到“卡脖子”的根源在于上游粉體本身。
氮化硼粉體SEM圖
于是,晶億決定自建原料體系,從源頭入手攻克材料難題。彼時,國內傳統氮化硼粉體制備工藝不僅雜質多、污染重,而且難以形成良好晶型。晶億在調研國外資料的基礎上,逐步確立了高溫合成路線,將反應溫度從1000℃提升至2000℃以上。在如此高溫下,粉體中的雜質能夠有效揮發,從而顯著提升了產品純度與結晶質量。
2009年,晶億正式啟動國內首條高溫合成氮化硼的生產線,這一決定也成為公司長期深耕BN材料的技術起點。隨后,公司圍繞氮化硼不斷開展產品延伸與衍生工藝探索。2015年,晶億進一步拓展至熱壓成型領域,開發了熱壓氮化硼(hBN)結構件,逐漸形成涵蓋粉體、涂料、陶瓷結構件、復合材料在內的產品體系。
專注氮化硼:持續創新,拓展應用邊界
聚焦氮化硼材料領域十余年,目前晶億總加工能力達800噸規模,氮化硼陶瓷加工能力達500噸,躋身全國前列。公司產品性能達到國際先進水平,廣泛服務于精密鑄造、導熱封裝、非晶帶材、半導體、光學玻璃、航空航天、功能陶瓷等多個領域。
1.氮化硼粉體系列
晶億氮化硼經過2000℃的高溫反應燒結,化學、物理特性穩定,導熱性能優良(單晶導熱系數約250-300W/mk),目前晶億已開發出多種規格的氮化硼粉體產品,涵蓋大單晶、顆粒型、晶須型等不同形態,滿足高純、高熱導、電絕緣等不同應用需求。
l 大單晶粉體(TW20-W、TW30-W、TW50-W):顆粒尺寸20–50μm,白度>97%,氧含量<0.1%,適用于高熱導填料、復合陶瓷增強等場景。
l 氮化硼晶須:作為結構陶瓷增強材料,具備優異的力學性能與熱穩定性。
l 顆粒型BN粉體:可用于導熱塑料、電工絕緣復合材料等領域。
高純氮化硼(TW30-W,TW50-W)
球型氮化硼粉體
氮化硼晶須
2. 氮化硼涂料系列
針對不同金屬鑄造及高溫設備使用需求,晶億開發出7種型號的氮化硼水性或有機系涂料。其高溫穩定性、不粘性與抗氧化性顯著優于傳統石墨涂料,廣泛用于:
l 鋁、鈦、銅及其合金的鑄造脫模
l 光學玻璃熱彎成型脫模
l 金屬鍛造與鋁加工設備的潤滑與隔熱保護
l 高溫爐壁、導熱系統的防護涂層
3. 氮化硼陶瓷系列
①熱壓氮化硼陶瓷
晶億采用高純BN粉為基礎,通過冷等靜壓成型與雙向熱壓燒結等先進工藝制備氮化硼陶瓷,具備高密度、長壽命、耐腐蝕、無粘結劑等優勢,典型應用包括:
l 高純金屬熔煉用坩堝
l 高溫爐電極絕緣管、噴嘴、支撐件
l 多晶硅鑄錠爐專用電絕緣部件
除此之外,晶億通過將BN與ZrO?、SiC或Si?N?復合,也推出了氮化硼復合陶瓷系列產品,兼具優異的機械強度、電絕緣性與熱穩定性,適用于多種高溫絕緣、結構支撐和功能性器件等應用場景,可根據具體性能需求靈活選擇材料類型。
②熱解氮化硼(PBN)
熱解氮化礎屬于特種陶瓷材料。熱解氮化硼的沉積過程宛如“落雪”,氮化硼的六角形小雪片,一片一片的平行的落在基體材料 上,達到一定厚度后,最終冷卻脫模而成。其純度高達99.99%,氣密性好、電絕緣性能優異,適用于極端環境下的半導體、真空電子等高精密應用。典型產品包括:
l MBE、MOCVD、退火爐等高溫設備中的坩堝、加熱器、絕緣件
l III–V族半導體(如GaAs、InP)合成用器皿
l 石墨部件絕緣涂層、高溫噴嘴等復雜形狀定制件
4.導電陶瓷-蒸發舟
面向新能源薄膜電池鍍膜與包裝材料真空鍍膜需求,晶億開發了氮化硼蒸發舟產品。其具備導電性高、熱穩定性強、使用壽命長等特點,廣泛用于:
l 真空鍍鋁、燙金膜、防偽標識鍍層
l 金屬化電容器、電池隔膜鍍膜
l 紙張、紡織品表面功能性蒸鍍加工
5.二硼化鈦(TiB2)
晶億自研的高結晶度二硼化鈦粉體具有六方晶系、熔點高(2980℃)、硬度高、耐腐蝕等特性。產品經2000℃高溫合成,晶粒可達毫米級,廣泛用于:
l 金屬熔煉用坩堝、蒸發舟
l 陶瓷刀具、電解鋁電極板、復合陶瓷部件
l 模具、耐磨元件及高溫熱場部件
值得一提的是,晶億擁有完善的檢測儀器,涵蓋公司所有的產品和原材料,質量控制方法從原材料進料檢驗-生產過程控制-成品控制,確保產品出貨合格率100%。
總結
目前,晶億氮化硼粉體年產量已連續多年穩定在600噸以上,其中約200噸用于自制器件,400噸以上供應市場,產能與出貨量均處于國內前列。為進一步增強成本控制能力與產能優勢,公司正加快推進生產線改造升級,整體規劃年產規模將突破千噸,邁向更高能效與自動化水平。
面向未來,山東晶億新材將繼續以高純、高溫工藝為技術核心,聚焦氮化硼及其相關高性能陶瓷材料的持續創新與應用拓展,為推動中國粉體材料產業高質量發展貢獻力量。
中國粉體工業萬里行
作者:粉體工業萬里行
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