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鄒小姐：13326633089 -
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氮化硼是我們都很熟悉的一種先進陶瓷材料，它有六種晶型，最常見的是立方氮化硼(c-BN)及六方氮化硼(h-BN)，其中c-BN和金剛石類似，主要用于制作切割工具；h-BN是有類似石墨的層狀結構和晶格參數的白色粉末，也被稱為白石墨，具有優秀的熱導率和絕緣特性，因此是最受重視的一種晶型。
氮化硼粉體
不過就算同是六方晶系氮化硼，根據制備工藝的不同制品其實還能繼續分出不同流派，一是采用無壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結等高溫燒結工藝制備的氮化硼陶瓷——目前一般認為熱壓燒結是比較理想的燒結方式，熱壓法制備的陶瓷因具有密度高、強度高，生產工藝成熟等優點得到廣泛應用；二是采用化學氣相沉積技術制備的熱解氮化硼(Pyrolytic Boron Nitride,PBN)。二者在使用上到底有什么不同，我們就用熱壓氮化硼為與和熱解氮化硼來對比一下。
1.熱壓氮化硼
熱壓氮化硼其實就是采用熱壓燒結技術制備的陶瓷材料。其具體制備流程如下：將干燥的粉體填入特制的石墨模具內，采用雙向或單向的加壓方式對模具進行單軸加壓，同時在一定溫度范圍內加熱，使成型和燒結同時進行。由于升溫和加壓同時進行，這種外加的驅動力可以破壞片狀h-BN的卡片支撐結構，促進h-BN晶粒的重排，同時有效地降低燒結溫度和縮短燒結時間。
根據資料顯示，熱壓氮化硼是一種優良的電絕緣體，具有極好的潤滑性及高溫穩定性，即便在極高的溫度下，也能保持其潤滑性和惰性。氮化硼的機械性相對較差，但具有很高的熱容量，優異的熱傳導性，出眾的介電強度和易加工性。在惰性氣氛中，氮化硼可以承受超過2000℃的高溫，因此是一種理想的高溫導熱絕緣材料。
氮化硼陶瓷
另外，熱壓氮化硼具有各向異性的特性，原子排列垂直于壓力方向時形成強鍵，表現出優良的強度、熱學和電學特性。原子排列平行于壓力方向時形成弱鍵，表現出優良的潤滑性。根據上述特性，利用氮化硼陶瓷優良的化學穩定性，可用作熔化蒸發金屬的坩堝、舟皿、液態金屬輸送管、合成GaAs晶體的坩堝、火箭噴嘴、大功率器件基座、熔化金屬的管道、泵零件、鑄鋼模具、絕緣材料等。
2.熱解氮化硼
熱解氮化硼的制備工藝與前者有很大區別，是采用化學氣相沉積技術，在高溫、高真空條件下，由氨和硼的鹵化物進行化學氣相沉積（CVD）而成，既可以沉積成PBN薄板材料，也可以直接沉積成管、環或薄壁容器等PBN最終產品。
這種通過高溫熱解反應制備的氮化硼，具有高純度、具有熱導率高、機械強度高、電絕緣性好且無毒等異性能、化學惰性以及優異的結構和性能，使其成為元素提純、化合物及化合物半導體晶體生長的理想容器。主要應用有 OLED蒸發單元、半導體單晶生長（VGF、LEC）坩堝、分子束外延（MBE）蒸發坩堝、MOCVD 加熱器、多晶合成舟、高溫、高真空設備絕緣板等。其具體的制備流程如下：
①A三氯化硼、氮氣混合氣和B氨氣形成主流氣體進入化學氣相沉積爐內；
②A三氯化硼、氮氣混合氣和B氨氣經過擴散離開主流氣體向模芯表面擴散；
③擴散到模芯表面附近的A三氯化硼、氮氣混合氣和B氨氣相互反應，反應產物C氮化硼擴散到達模芯表面；
④A三氯化硼、氮氣混合氣和B氨氣反應生成C氮化硼和副產物D氯化氫；
⑤副產物D氯化氫和表面吸附的反應氣體A三氯化硼、氮氣混合氣和B氨氣離開模芯表面向主流氣體擴散
⑥副產物D氯化氫和B氨氣相互反應生成氯化銨，高溫下又分解為副產物D氯化氫和B氨氣在主流氣體中擴散；
⑦副產物D氯化氫和多余的反應氣體A三氯化硼、氮氣混合氣和B氨氣隨主流氣體排出化學氣相沉積爐系統外。
熱解氮化硼的主要特點是純度非常非常高，最高可達到99.999%以上（熱壓氮化硼通常只有約99%的純度），造成這點的原因主要是它的制備過程無需添加任何燒結劑。也因此熱解氮化硼有著許多獨到的特性，如極好的化學穩定性和熱穩定性，無孔隙，致密性好（其密度接近材料的理論密度值）等。
但是PBN跟熱壓氮化硼相比有一個缺點就是成本更高（因為沉積速度很慢），因此PBN制品都比較昂貴。
兩者應用性能對比
同屬六方晶系的熱解氮化硼其實和熱壓氮化硼在應用上有很多相通之處，如蒸發坩堝、熔煉坩堝、絕緣板等，不過實際應用時它們還是會因性能的不同而存在區別。比如說PBN產品的總雜質通常<100 ppm，即純度不低于99.99%。如此高的純度，使得PBN坩堝更受半導體行業的青睞，可用作OLED蒸發單元、半導體單晶生長（VGF、LEC）坩堝等。而憑借高密度和純度，PBN也是真空工藝中被廣泛使用的材料，如高溫、高真空設備絕緣板等。
熱解氮化硼VGF坩堝（來源：北京博宇半導體）
還有一點值得注意的是，CVD工藝還會賦予PBN幾乎完美的層狀結構，如下圖。從而導致各向異性的熱導率——在沉積方向（a向）和垂直于沉積面方向（C向）上的熱導率相差20倍左右，使其成為制造晶體生長坩堝的理想材料。因此在GaAs晶體生長領域，PBN坩堝也是一個很受歡迎的選擇。
PBN材料斷面SEM形貌：可以觀察到，PBN呈現出堆垛層錯，從而導致其平均層間距要大于理論的層間距。由于PBN在沉積過程中沿C軸方向生長，因此會表現出高度的層面取向，擇優取向方向為C軸。
不過在有些應用上，也要考慮成本是否劃得來。比如說熔煉金屬，雖說PBN坩堝致密度高，無氣孔，因此熔融狀態的金屬很難滲入坩堝壁內，當用小坩堝熔煉鈦及其合金時，甚至在隨爐冷卻至室溫的情況下也極易倒出，且并不會粘結。不過正如前面所提，PBN價格昂貴且一般造型小巧，因為哪怕使用PBN坩堝有更好的效果，工業生產上一般也不會這么“奢侈”。
另外，熱壓氮化硼也不是就沒有優勢了。首先它易于加工，更容易根據需求加工得到所需形狀和尺寸；其次它更具成本效益，更適合作高溫爐絕緣部件、熱電偶保護管、熔融金屬用坩堝或模具、非晶制帶噴嘴及粉末金屬霧化噴嘴等高溫組件；最后熱壓氮化硼的制作工藝近年來也是進步連連，目前已經有部分熱壓氮化硼陶瓷可用于替代PBN，但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。
氮化硼噴嘴（來源：賽瑞特）
總而言之，熱解氮化硼和熱壓氮化硼其實各有各的優勢，在應用時要根據自身的需求選擇。小編才疏學淺，若有遺漏或錯誤，也歡迎各位在下方評論區留言指正，謝謝！
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