六方氮化硼(hBN)陶瓷是一種具有優良性能和廣泛用途的材料,具有具有耐高溫、導熱性好、低的熱膨脹系數和低的介電常數、較高的電阻率和介電性能、優良的加工性能、與大多數金屬不反應、化學穩定性好等優異性能,可以作為高溫環境下盛放物品的容器、井下防爆電機的絕緣散熱片、高溫熱電偶的保護套管、雷達天線罩、以及熔煉多種有色金屬和稀有金屬的坩堝、器皿、輸送泵等部件,是一種如今備受關注,具有廣泛的市場應用前景的新材料。
小編了解到,六方氮化硼除了作為立方氮化硼的制備原料外,經常以粉體添加劑的形式應用在導熱填料、化妝品或者潤滑劑、脫模劑等領域,陶瓷制品的應用集中在利用其高導熱、高化學穩定性、耐高溫耐絕緣等性能的功能陶瓷領域,而其中市場容量較大的是氮化硼-硼化鈦復合陶瓷蒸發舟,純氮化硼陶瓷相對來說市場較小,但隨著一些新興領域的快速發展,也逐漸引起重視。
福州賽瑞特新材料技術開發有限公司就是一家專注于純氮化硼陶瓷生產研發的企業,其規模和技術水平目前在國內這個領域處于領先地位,為了更深入地了解純氮化硼陶瓷的制備要訣,小編馬不停蹄趕赴福州,實地一窺這家企業的車間現場。
粉體圈編輯吉純(左)、賽瑞特總經理陳昌波(中)、粉體圈總經理孫柯(右)
賽瑞特公司成立于2007年,依托于福州大學材料科學與工程學院結構陶瓷實驗室的技術基礎,有深厚的技術積累,對常規熱壓燒結爐自主設計改造,建成多條氮化硼熱壓燒結生產線,公司專注于純氮化硼陶瓷產品的生產與研究,在氮化硼坩堝和粉末冶金用噴嘴領域逐漸占領國內大部分市場,替代進口產品并繼續發展海外合作業務。
陳總介紹到,氮化硼坩堝作為制備氮化硅和氮化鋁陶瓷基板的承燒板,隨著電動汽車、半導體等領域的逐漸火熱,如今需求量逐步增長。但這個領域對純度的要求很高,以前基本被日本Denka的產品壟斷,18年賽瑞特打破技術壁壘,可大幅降低生產成本,逐步替代進口產品,目前已占領大部分國內市場。

高純氮化硼坩堝
賽瑞特生產的氮化硼坩堝純度高,具有良好的耐高溫性和穩定性,在惰性氣氛中,可承受2100℃;在高真空氣氛中,可承受1900℃;在氧化氣氛中,可承受1000℃。目前已經有部分熱壓氮化硼陶瓷可用于替代熱解(化學氣相沉積CVD)氮化硼(PBN),實現它的重要前提是控制粉體原料中包括氧、硅、鋁等雜質含量,其中又以氧含量為主。
除此之外,賽瑞特還有一種產品做到了國內第一,即粉末冶金(不銹鋼粉、鐵粉、鋰粉、合金粉末、鐵硅鋁、鐵硅鎳)用噴嘴,用于金屬粉體氣霧化制備過程。在這個領域,還有一部分使用氮化硅噴嘴,但只能用于低溫環境,高純氮化硼噴嘴適用于高溫環境,良好的熱脹性可保證金屬液體在高于1500℃的條件下不會瞬間炸裂,也不與金屬反應。相對于其他的陶瓷噴嘴產品,賽瑞特的氮化硼噴嘴使用壽命大大提高,可承受500kg的高溫粉體持續噴出超過30分鐘不損壞。
賽瑞特還根據各種氣霧劑技術和粉體材料開發了多種系列的配方產品,以滿足不同用戶的使用。
氮化硼噴嘴
目前工業上制備 h-BN 陶瓷的方法主要有以下幾種:無壓燒結、反應燒結、自蔓延高溫合成和熱壓燒結。
但是幾種制備方法對比,無壓燒結需要的燒結溫度高且致密化不好;反應燒結中產生氧化硼,易潮解;自蔓延合成中常常由于內部原料接觸不充分和反應放出氣體,影響產物的轉化率和致密度;而熱壓燒結由于是在高壓環境下進行,合成溫度較低且致密化效果好,并且在N2或Ar氛圍下,沒有明顯熔點,最高使用溫度達2 800 ℃,因此熱壓燒結技術成為制備h-BN陶瓷的常用方法。
但小編通過實地參觀得知,賽瑞特使用的熱壓燒結爐與行業內的常規設備不同,一般熱壓是使用一個壓頭單向加壓,這種設備的弊端是如果料罐很高的話,壓出來就會有密度上的梯度,使最終燒結出的陶瓷致密度不均勻,賽瑞特通過自主設計改良,采用雙向加壓,避免了燒壓后的密度梯度,做出的產品質量更好。
也基于這種獨有的設備特點,賽瑞特生產的氮化硼陶瓷產品可做到國內尺寸最大,適用于一些高端的特殊尺寸的坩堝需求,例如應用于半導體領域的氮化鋁盤,需求的坩堝尺寸達到了400~500mm,國內當前仍是基本依賴進口。尺寸越大對生產工藝的要求越高,目前賽瑞特在該領域的生產技術已較為穩定成熟,是國內唯一可生產500mm大尺寸匣體和坩堝的供應商,預計也能逐漸完成進口替代。
小編通過參觀與訪談過程認識到,賽瑞特是一家低調干實事的良心民營企業,注重技術的沉淀和突破提升,肯花費大量的精力時間去一步步改善產品質量,追趕國外的先進技術水平,力求將純氮化硼陶瓷做到極致。
因為具備真空熱壓爐的研發設計能力,賽瑞特在保證較高生產力的同時也使產品開發能力得到大大提升,氧化鋯、碳化硅、氮化鋁、氮化硅等不同添加配方會使產品具備不同特性,賽瑞特也將充分發揮多年的生產實踐優勢,繼續在豐富產品類型上深入鉆研,滿足客戶不同的性能需求,提供相應的定制產品。
純氮化硼陶瓷現在正處于一個快速增長爆發的關鍵期,讓我們拭目以待!
粉體圈 小吉
作者:粉體圈
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