近日，美國(guó)東北大學(xué)Randall M. Erb教授課題組在Advanced Materials 雜志上發(fā)表論文，報(bào)道了一種可以通過(guò)熱成型為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的氮化硼基全陶瓷復(fù)合材料（ceramic matrix composite, CMC）。這種可熱成形加工的材料在實(shí)現(xiàn)電絕緣的同時(shí)，室溫下還表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能。用這種材料熱壓成型的電子產(chǎn)品散熱器件，相比于傳統(tǒng)金屬散熱器件質(zhì)量更輕且不會(huì)干擾射頻信號(hào)。這種材料用于高密度電子產(chǎn)品的熱管理系統(tǒng)，或可改變下一代電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和構(gòu)造。

從初始漿料到最終熱成型，加工過(guò)程總共分為五個(gè)步驟。首先，六方氮化硼（hBN）顆粒作為CMC材料的核心成分被添加到光敏膠中，并沉積在基板上。漿料表現(xiàn)為Hershel-Buckley流體，振動(dòng)可使其流動(dòng)。隨后，漿料被刮涂成薄膜，剪切力作用可提高h(yuǎn)BN的面內(nèi)取向，提高層內(nèi)對(duì)齊。隨后，利用紫外光將其固化。在梯度升溫并燒結(jié)過(guò)程中，部分hBN被均勻氧化為B2O3。

有趣的是，這種CMC材料加熱到450 °C以上時(shí)，氧化硼（B2O3）會(huì)熔化，使材料再次表現(xiàn)出粘性和可塑性，通過(guò)施加足夠的熱量（500~700 °C）、壓力和成型時(shí)間（＞10 min），就可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的熱成型加工，甚至制成復(fù)雜的人臉模型（下圖a）。除了便于加工，CMC材料具有較高的導(dǎo)熱率，垂直平面的熱導(dǎo)率為3.52±0.67 W mK?1，由于平面內(nèi)hBN的剪切取向，面內(nèi)熱導(dǎo)率可達(dá)12.8 W mK?1。盡管氧化硼的引入使材料的熱導(dǎo)率低于純hBN的理論值，但與其他可熱成型的材料相比，基于hBN的CMC材料密度較低，可用來(lái)改善電子設(shè)備的散熱性能。

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