陶瓷的热导率通常低于金属,但与金属相比,陶瓷具有硬度大、耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等优点,功能陶瓷还具有声、光、电、磁、热、生物活性等特点,为满足部分特殊应用领域需求,导热系数高的高导热陶瓷受到关注。
高导热陶瓷细分产品中,氧化铍(BeO)陶瓷热导率好、热膨胀系数低、抗热冲击性高,且电绝缘性好,但氧化铍具有毒性,粉尘与蒸汽会对人体健康造成严重威胁,存在潜在危害,应用受到一定限制。
氮化铝(AlN)陶瓷理论热导率高、介电性能好、机械性能好,可用于电子散热与封装领域,但烧结缺陷会导致热导率下降,通常需要添加助烧剂进行烧结。由于烧结温度要求高、烧结时间长,氮化铝陶瓷成本较高,特别是大晶粒、高热导率产品烧结难度大,产品价格高。
氮化硅(Si3N4)陶瓷理论热导率高、热膨胀系数低、强度大、耐热冲击性好、电绝缘、密度低,可以采用反应烧结法、热压烧结法、气压烧结法等技术进行制备,但烧结缺陷对热导率影响更大,其制备工艺还在不断改进。
碳化硅(SiC)陶瓷理论热导率高、常温力学性能优、高温强度高、耐腐蚀性好、抗氧化性好,但烧结要求高,无法采用常规烧结方法制备高纯致密产品,需要采用助烧剂在高温条件下烧结,会导致产品力学性能下降,因此其制备工艺还在不断优化。
聚晶金刚石(PCD)陶瓷,金刚石热导率高,聚晶金刚石是以金刚石粉体为材料经烧结制得,同样具有高热导率,并且耐热性佳、热稳定性好、硬度大、韧性好,但烧结时需要添加助烧剂,高温条件下会导致金刚石粉体碳化,从而影响其绝缘性能。
目前应用最为广泛的氧化铝(Al2O3)陶瓷,机械强度大、耐高温性好、化学性质稳定、绝缘性好、重量轻、成本较低,但热导率相对较低,无法作为高导热陶瓷使用,大单晶氧化铝陶瓷具有良好热导率,但目前应用较少。
新思界
行业分析人士表示,高导热陶瓷可以广泛应用在电子、电力、仪器、机械、汽车、轨道交通、油气、矿业、冶金、核工业、航空航天、军工国防等领域,具有广阔发展前景。我国政府对高导热陶瓷行业发展关注度高,新版《产业结构调整指导目录(2024年本)》中,高导热纳米及大单晶陶瓷材料被列为鼓励类项目。