球形氮化硼（BN）作為BN諸多形貌中的一種，具有熱導率高300W/(m·K)、硬度大（5000 kg/mm2）、使用壽命長等優點。與片、管、層狀BN相比，穩定性和抗磨性好；有類似于石墨的晶型，潤滑效果佳；顆粒填充量大，對復合材料導熱性能的提升貢獻顯著，應用前景廣泛。

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球形BN的形成機理

目前，針對球形BN的形成機理主要包括三套理論，分別是殘余雜質氧理論、晶體形態變化理論和球形模板理論。

• 殘余雜質氧理論

殘余雜質氧理論認為球形形貌的形成主要依賴于Me2O基團消除時殘余雜質氧的產生。BN的形成機理為：B(OMe)3+NH3→BN+3MeOH。具體的化學形成機制如下圖。

球形BN的形成機制

• 晶體形態變化理論

晶體形態變化理論認為硼單質（B）的含量對球形形貌是否形成起到關鍵作用。根據晶體生長形態變化規律：當晶體沿<111>方向生長快于晶體沿<100>方向生長時，晶體的主要形態為四面體；當晶體沿<100>方向生長快于晶體沿<111>方向生長時，晶體的主要形態為八面體或類球形。

• 球形模板理論

球形模板理論是指以表面活性劑或反應體系中熔點較高的物質形成的最小球體為模板，BN球面層層增加，直徑逐漸擴大，最終形成一個BN球。

以Na2O為模板的球體形成過程

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球形BN的制備方法

球形BN的制備主要在傳統片、層狀BN制備方法的基礎上，通過改進操作步驟或控制反應條件使BN呈現球形，主要包括化學氣相沉積（CVD）法、溶劑熱法、氣溶膠法、熱解法以及噴霧干燥法等。

• 化學氣相沉積法（CVD）

化學氣相沉積法（CVD）是最早提出可用于制備球形BN的合成方法。研究表明單獨使用CVD法并不能得到球形形貌的BN，需要在其他合成法的輔助作用下完成，比如有氣溶膠輔助CVD法、熱解法輔助CVD合成法等等，通過控制反應條件（主要是溫度）來形成球形BN。

• 溶劑熱法

溶劑熱法可在相對較低的溫度下制備出粒徑為納米級別的球形BN，但溶劑熱法在形貌方面的控制不理想；氮源種類、反應溫度、表面活性劑等均對產物有影響，誘導晶粒不利于球形形貌的形成。

• 氣溶膠法

氣溶膠法分為一步氣溶膠法和二步氣溶膠法：一步法相對于二步法沒有第二階段的氮化反應，操作簡單，但產物氧碳雜質含量高；二步法效率高，B的損失率低，終產物無團聚現象。

• 熱解法

熱解法要求原料易從固相轉變為氣相，熱解過程中的釋放物無毒或低毒。如高溫氣相熱解氨硼烷（BH3NH3）制備球形BN時，BH3NH3催化作用下即由固相轉變為氣相，無毒且不含氧碳，有利于BN純度的提高。熱解法制備球形BN時，原料種類、催化劑、加熱時間都將影響球形結構的形成。

• 噴霧干燥法

噴霧干燥法制備球形氮化硼的過程可分為3個基本步驟：漿料的制備（氮化硼穩定分散液），噴霧干燥，真空燒結。該方法適用于制備高導熱特性的球形BN。

噴霧干燥制備球形氮化硼的流程示意圖

• 其他方法

除了以上幾種方法，各國研究者也通過直接反應法、球磨法、高壓反應法等得到了球形BN。

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球形BN的應用前景

• 高功率電子器件

球形BN具有較高的熱導率，可作為聚合物/無機復合材料的導熱填料。隨著微電子技術的快速發展，對高性能散熱材料的需求日益增加，球形BN熱界面材料將成為半導體封裝、集成電路散熱等領域的理想材料。

• 航空航天、汽車制造

在航空航天、汽車制造等行業中，輕量化和高強度是材料選擇的重要標準。球形BN作為增強相添加到樹脂、陶瓷或金屬基體中，可以顯著提高復合材料的熱穩定性和機械性能，同時保持較低的密度，滿足了這些行業對高性能復合材料的需求。

• 能源存儲設備

在鋰離子電池、超級電容器及其它能源存儲設備中，球形BN可用作導熱填料或隔離層，改善電池的熱管理并提高其安全性和循環壽命。

未來，隨著全球電子產業與綠色技術的蓬勃發展，球形BN有望成為下一代高性能材料的核心組分。

參考來源：

1.王策等. 球形氮化硼的研究進展. 中國陶瓷

2.胡清華. 高導熱球形氮化硼復合環氧樹脂制備方法及性能研究. 重慶大學

3.聚億信息咨詢：2025年全球球形氮化硼市場專業調查研究報告

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