高固含量六方晶氮化硼浆料、糊料、球形粒粉体,以及它们的制备与使用方法技术

本发明专利技术涉及制备六方晶氮化硼及其浆料的方法。该方法涉及约０．５～５重量％的表面活性剂与约３０重量％的六方晶氮化硼粉体在有利于形成六方晶氮化硼浆料条件下于介质内混合。本发明专利技术还涉及制备球形粒氮化硼粉体的方法，以及采用六方晶氮化硼浆料制备六方晶氮化硼糊料的方法。本发明专利技术另一方面涉及六方晶氮化硼糊料，它包含约６０～８０重量％的固体六方晶氮化硼。本发明专利技术还有一方面涉及球形氮化硼粉体，包含聚合物与球形六方晶氮化硼粉体的聚合物混合物，以及包含该聚合物混合物的体系。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
,以及它们的制备与使用方法
本专利技术涉及制备六方晶(hexagonal)氮化硼浆料、糊料以及球形粒六方晶氮化硼粉体的方法。本专利技术还涉及制备得到的六方晶氮化硼浆料、糊料及球形粒六方晶氮化硼粉体，以及六立晶型氮化硼的球形粉体在聚合物混合体系和含热源与热阱的体系中的应用。微电子器件，诸如集成电路片越变越小，功能也更强。当今发展趋势是生产出的集成片愈发高度集成化，在指定时间内能比原有芯片执行更多指令。这造成集成电路片内使用的电流增磊，结果，这些集成片比原有芯片产生更多的电阻热。为此，应对热的排放成了开发电子器件的主要问题。通常，热源或诸如集成电路片的器件配备有热阱，以去除它们运行时产生的热。然而，热源或器件与热阱之间的接触热阻限止了热阱的散热效率。组装期间，通常涂覆一层热导膏，如硅烷，或涂一层热导有机蜡，以便在热源与热阱相对的匹配表面之间建一个低热阻通道。其它热导材料基于使用粘结剂，最好为树脂型粘结剂，如硅烷、热塑橡胶、尿烷、丙烯酸树脂或环氧树脂，至少有一种以上的热导填料分散于这些粘结剂中。通常，这类填料为两大主要类别中之一热导、电绝缘类，或热导、电导类填料。氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝以及氮化硼是最常被提及的热导、电绝缘类填料，用于热产品。氮化硼，且更具体地说是六方晶氮化硼(hBN)特别适用于那些具有优异热传导特性且又相对价廉的产品。对于填料，要求其有高热导率(或尽可能的低热阻性)。为了使诸如hBN一类填料获得足够高的热导性，要求在粘结剂中采用高负载量的填料。然而，由于hBN呈片状颗粒结构，意欲获得高于20体积％固含量是件难事。Shaffer等人的美国专利US Pat.No.5,898,009；6,048,511和欧洲专利EP 0939 066 A1公开了一种变通方法，以进一步提高hBN固体的负载量。它涉及到(a)经破碎后的hBN粉的冷压，(b)冷压块经破碎成更细小块，以及(c)细小块经过筛，得到符合粒度分布要求的团聚物。然而此团聚物呈非球形(棱形)，边缘短且参差不齐。由于如下原因，这类形状颗粒无法得到最佳固体负载量(1)非球形团聚物颗粒之间润滑性不够，因而导致粘度提高；以及(2)非球形团聚物颗粒表面积较大，因而其表面吸附较多聚合物造成游离态聚合物，数量下降，反过来又提高了粘度。因此，对于热导填充材料必须要求负载量高，以获得足够高的热导率，而并不提高其粘度。本专利技术的目的就是要克服这方面的缺陷。本专利技术涉及制作六方晶氮化硼浆料的方法。本方法涉及0.5～5重量％的表面活性剂与30-50重量％的六方晶氮化硼粉体在有利于形成六方晶氮化硼浆料条件下于介质内混合。本专利技术还涉及六方晶氮化硼浆料，所述浆料包含在介质中混合的约0.5～5wt％表面活性剂和约30～50wt％六方晶氮化硼粉体。本专利技术还涉及制备球形粒氮化硼粉体的方法，它包括提供六方晶氮化硼浆料，在有利于形成球形粒氮化硼粉体(包括氮化硼片晶的球形团聚物)条件下进行喷雾干燥，以及对球形氮化硼粉体进行烧结。本专利技术还涉及球形氮化硼粉体，它包括氮化硼片晶的球形团聚物。本专利技术还涉及六方晶氮化硼糊料的制备方法。该方法涉及提供六方晶氮化硼浆料并在有利于形成高含60～80重量％固体六方晶氮化硼的六方晶氮化硼糊料条件下处理浆料。本专利技术还涉及介质中高含60～80重量％固体六方晶氮化硼的六方晶氮化硼糊料。本专利技术还涉及粉体相与聚合物形成的聚合物混合物。该粉体相包含六方晶氮化硼片晶的球形团聚物。粉体相均匀分布于聚合物内。本专利技术还涉及包含热源、热阱，以及将热源与热阱相连的热导材料，其中热导材料含有包括六方晶氮化硼片晶球形团聚物的粉体相。本专利技术的六方晶氮化硼浆料具有高固含量、低粘度特点。此外，该浆料可用于生产高产率的六方晶氮化硼粉体与糊料。本专利技术hBN球形团聚物有利于降低团聚物间的磨擦，因而在聚合物内允许更高的固含量，进而达到更高热导率。此外，球形hBN团聚物的表面积最小，因而降低了团聚物表面对聚合物的吸附量，从而有更多游离聚合物，可以改善流动性/降低粘度。而且，本专利技术球形hBN粉体中，球形团聚物中hBN片的分布是不规则的(与先前工艺中压制而成的团聚物中的有序片状晶相比)。因此，本专利技术填有球形hBN的聚合物应呈现更多的各向异性热导特性，在聚合物厚度方向上具有更高热导率。附图简要说明附图说明图1为氮化硼的结构示意图。许多这样的单元形成了氮化硼(BN)的片。图2为固含量为50％且含各种表面活性剂的氮化硼浆料的流变特性。本专利技术涉及六方晶氮化硼浆料的制备方法，该方法涉及约0.5～5重量％的表面活性剂与30-50重量％的六方晶氮化硼粉体在有利于形成六方晶氮化硼浆料条件下于介质内混合。正如本专利技术采用的术语，浆料是指某种液体(即水介质或非水介质)与不可溶性物质的较稀混合液或悬浊液。六方晶氮化硼，是呈化学惰性、光滑的陶瓷材料，具有片状六方晶结构(与石墨结构类似)(“hBN”)。参见图1，hBN的各向异性很容易得到清楚解释，hBN晶粒呈六面体。图1中的D所示为hBN晶粒的直径，并被示为方向a。氮化硼在平面a上为共价键，晶粒厚度示为Lc，并与晶粒直径成垂直角度，被示为方向c。氮化硼六面体靠相对较弱的范德瓦尔力堆聚而成(即沿方向c)。如果大于范德瓦尔力的剪切力施加于氮化硼六方体的晶面上，则较弱的范德瓦尔力消失，晶粒之间相对滑动性较好。hBN晶面相互间滑动性能相对较好是hBN高流动性的原因所在。更令人称心的是，hBN是高度有序的六方晶结构的粉体。它的粉体晶粒参数(这里全文引用Hubacek在J.Cer.Soc.of Japan(日本陶瓷学会会刊)104695-98(1996)上发表的题为Hypothetical Model of Turbostratic Layered BoronNitride(“湍流层氮化硼的假想模型”))至少为0.12(呈高度六方晶hBN的量化值)，且最佳大于0.15。hBN粉体的结晶度宜在0.20～0.55之间，最好在0.30～0.55之间。通常，起始粉料由大体上呈湍流(无定形态)的氮化硼粉体原料经“高温处理”而制得(参见这里全文引用的Hagio等人在J.Mat.Sci.Lett(材料科学通讯)16795-798(1997)上发表的题为“Mierostructural Development withCrystallization of Hexagonal Boron Nitride”(“六方晶氮化硼结晶的微结构进展”))，而成为通常所述的“高纯六方晶氮化硼”。在较佳实施方式中，湍流态氮化硼细粉具有的结晶参数小于0.12，在氮气中于1400～2300℃下热处理长达0.5～12小时。通常这种热处理能制得结晶度更高的hBN的片状晶，因为小于1μm的湍流态细粉体片状晶的微晶在热处理期间变得更为有序晶化，晶粒长大(＞1μm)。hBN起始原料颗粒的平均粒径较佳在2～20μm之间，更佳在2～12μm之间，最佳在4～12μm之间。这里采用的术语“粒径”或“直径”是指hBN片状颗粒在图1所示的D的尺寸。该尺寸通常采用如Leeds&NorthrupMicrotracX100(佛罗里达州Clearwater)扫描电子显微镜和激光散射技术测定。另一实施方式中，hBN起始原料的含氧量本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备六方晶氮化硼浆料的方法，它包括：０．５－５重量％的表面活性剂与３０－５０重量％的六方晶氮化硼粉体在有利于形成六方晶氮化硼浆料的条件下于介质内混合。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：VK普加里，WT科林斯，JJ库茨克，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]