生成式人工智能的崛起正彻底重构算力需求的格局。市场对大算力与高速数据处理的渴求,直接推高了器件运行的热流密度,使散热成为制约高性能计算设备发展的关键瓶颈。在此背景下,热界面材料作为实现高效热传递的核心环节,其性能至关重要,而其中所填充的导热粉体更是直接决定了材料的导热效能,比如以氮化铝、碳化硅、六方氮化硼、多面体氧化铝单晶、金刚石、碳化硅等为代表的先进导热粉体,凭借其出色的导热能力,正逐步成为AI时代散热解决方案的关键。本篇文章盘点一下国内那些瞄准高端导热粉体的企业(仅整理部分,排序不分前后)~

一、氮化铝
氮化铝的理论导热系数极高,达到320W/(m·K),且具有热膨胀系数小、绝缘性能好、介电常数低、与硅膨胀系数相匹配等特点,不仅是理想的高功率器件散热基板材料,也成为近年来导热复合材料领域的热门选择。然而,由于氮化铝在粉碎或解聚等环节中极易吸收空气中的水发生水解反应,在表面生成一层氢氧化铝薄膜,降低导热性能,因此高品质氮化铝粉体的生产曾长期被日本德山公司等为代表的日企垄断,占据全球70%以上市场份额。而国内产业发展一度面临制约,据统计,2023年中国氮化铝粉体需求量达到4200吨,但产量只有2480吨,供需缺口高达1720吨。不过,随着氮化铝制备技术不断提高,部分国内企业也已实现批量生产,与国外巨头的差距正在不断缩小。
1、艾森达
具有氮化铝粉体(包含流延粉、造粒粉、填料粉)、基板、结构件、氮化铝多层线路板(HTCC)的生产研发能力,其中氮化铝粉体采用碳热还原法,技术水平已达到较高水平,生产的粉体指标已经接近于日本德山,产能约为150吨/年。

株洲艾森达氮化铝填料粉相关指标
2、厦门钜瓷
厦门钜瓷拥有全球领先的氮化铝陶瓷粉体生产线,产品具有高纯度、高热导率、高电绝缘性、热膨胀系数小、耐腐蚀等特性,据悉,目前厦门钜瓷已建成了年产能600t AlN粉体的生产线,产能及销售规模居全球第二,并近期计划将产能提升至1200吨。而未来,厦门钜瓷还计划在内蒙建立新工厂,规划氮化铝粉体年产5000吨,建设世界上最大的氮化铝生产基地。

厦门钜瓷氮化铝微粉指标
3、福建臻璟
福建臻璟通过碳热还原法成功开发出多款品质稳定、性能优异的氮化铝填料粉产品,已实现0.8μm~150μm全粒径规格量产覆盖,可根据客户对BLT要求对最大粒径Dmax进行卡断管控。同时,采用WR无机包覆法(化学气相沉积法),彻底解决氮化铝易水解问题,适用于各种应用领域及体系。

福建臻璟氮化铝粉指标
4、宁夏北瓷
宁夏北瓷为成都旭瓷控股子公司,建成了国内首家氮化物陶瓷全产业链生产基地,实现了从材料配方、核心技术到生产装备的全链条自主可控,在氮化铝粉体方面,宁夏北瓷实现了年产430吨的产能,产品纯度达到99.6%以上。

宁夏北瓷氮化铝粉体指标
5、雅安百图
作为全球优秀的集研发、生产、销售为一体的功能粉体材料供应商,雅安百图提供氧化铝、氮化铝、氮化硼三大系列导热解决方案。其中,在氮化铝粉体方面,雅安百图通过碳热还原法成功开发出了TA、TA-S、TA-F、TOP-CUT等多系列品质稳定、性能优异的氮化铝微粉产品,并可根据客户需求做到精准卡断。

雅安百图TOP-CUT系列产品指标
6、山东国瓷
山东国瓷功能材料股份有限公司于2023年突破低氧含量、高活性、高批次稳定性氮化铝粉体合成技术,并建成氮化铝粉体产线2条,产能已实现200吨/年。
三、六方氮化硼
六方氮化硼微观呈现片状形态,在高电压、高频率环境下保持稳定绝缘性能,同时具有优异的面内导热性能,其面内导热系数可达300-2000 W/(m·K),通过优化在基体中的取向排列,可满足电子器件、航空航天等领域对高效散热以及高可靠性的需求。不过,要充分发挥氮化硼的导热性能,往往要求其具有高纵横比,而传统剥离方法(如机械剥离)易破坏晶格结构,难以获得高结晶度、大尺寸的纳米片。因此创新剥离方法,实现片层尺寸、厚度和表面性质的精确调控仍是技术瓶颈。当前,在该领域进行布局的国内科研机构和企业主要有如下:
1、丹东市化工研究所有限责任公司
依托丹东地区的硼资源优势,丹东市化工研究所始终致力于硼化物的研发与生产,目前其六方氮化硼占国内市场50%以上,是国内最大、世界先进水平的六方氮化硼生产企业,产品形成了7个系列三十多个种类的产品规格——涵盖从低结晶度氮化硼粉末到高结晶度大单晶;从粒径0.4的亚微米级颗粒到60微米的薄片;以及从50微米到500微米直径可调的无取向团聚颗粒。

丹东市化工研究所大单晶六方氮化硼系列典型参数

HS级氮化硼样品电镜图及HSPD50氮化硼样品电镜图
2、天元航材(营口)科技股份有限公司
天元航材是一家专注于固体推进剂原料、液体橡胶和氮化硼(BN)系列等先进新材料的科研生产型企业,其宜昌工厂负责公司氮化硼产品的生产,共形成二十余个牌号产品,粒径分布1~40μm范围内灵活定制,目前满产年产能为 500吨,新产线技术改造后,设计产能将扩至1000吨/年。

天元航材小粒径(≤4um)、中粒径(8~12um)、大粒径(≥27um)六方氮化硼及相关产品指标
3、山东晶亿新材料有限公司
山东晶亿起步于氮化硼(BN)粉末生产,是国内最早采用高温合成法生产BN粉末的企业之一,烧结BN粉体连续多年年产超600 吨。针对高热导填料等场景,山东晶亿可提供颗粒尺寸20–50μm,白度>97%,氧含量<0.1%的大单晶粉体(TW20-W、TW30-W、TW50-W)。


山东晶亿氮化硼产品指标及TW30-W产品微观图
4、雅安百图高新材料股份有限公司
百图股份的氮化硼产品包括GBN系列球形氮化硼和ABN、BBN系列片状氮化硼粉体。GBN系列具备低介电、高绝缘、高强度等特性,适用于电子封装、高频功率器件、固态LED照明、热界面材料、无人机与飞行汽车等领域;ABN与BBN系列片状氮化硼则导热率高、与有机体系兼容性好、物化性能稳定、莫氏硬度低,既有利于构建导热通路,也能保护精密加工设备。

雅安百图片状氮化硼产品指标
四、多面体氧化铝单晶
传统球形氧化铝虽具有良好的填充性能,能提升聚合物的导热性,但圆滑表面导致颗粒间接触方式为点-点接触,接触面积仍然有限,热阻较高。多面体单晶氧化铝也拥有近似球形的结构,能在一定程度上维持较好的填充性,但与球形氧化铝不同的是,其内部原子排列高度有序,几乎无晶界、缺陷存在,声子散射减少,平均自由程更高,热导率更高,同时其表面是由14个晶面构成,形成类似“削切球体”的多面体结构,除了能在一定程度上维持较好的填充性和流动性,还能够通过“面接触”,显著扩大了颗粒间的传热面积。
目前,国际上多面体类球氧化铝的生产有DIC株式会社等,而在国内亦有少数企业涉足。
1、广东乐远化学材料科技有限公司
乐远化学的多面体氧化铝单晶采用化学法制备,粒度集中,利于有效控制BLT值,同时其α相高达99%,并具有Low-α射线特征,能够实现高效导热,并降低对电子器件的影响,可用于AI芯片封装等场景,平替日本同类型产品。


乐远化学多面体氧化铝单晶产品指标参数
2、西北工业大学
西北工业大学许杰副教授团队依托陕西水木旭昇新材料科技有限公司进行中试生产,采用超临界技术低温制备多面体单晶氧化铝粉体,已实现稳定产出,计划于2026年实现年产100吨的产能。
四、其他
1、碳化硅
受晶型、晶体结构等的影响,碳化硅的热导率一般在120-490 W/(m·K)之间,同时具有优异的绝缘性能,可满足电子器件对绝缘性能的要求。然而,碳化硅的的硬度较高,整形难度大,传统碳化硅粉体多用于磨料行业,球形度较差,这导致其在聚合物基体中分散性差,易团聚,填充率低,且会显著增加复合材料的粘度,影响加工性能和流动性,不利于大规模工业化生产。不过,近期,华为却公布了两项采用碳化硅作为导热填料的专利。
·华为技术有限公司:据公布的信息,专利《导热组合物及其制备方法和应用》采用了平均粒径的比值在3以上的大、小粒径碳化硅填料进行复配,其中大粒径碳化硅通过砂磨、高温等离子体火焰熔融成球、造粒等方法使其球形度高达0.8以上,显著提高了配方的流动性,且导热性能优良,便于满足电子设备领域对综合性能优异的导热材料的需求。专利《一种导热吸波组合物及其应用》则采用球形度在0.8以上、质量含量大于或等于99.0%大颗粒碳化硅,并与球形羰基铁、片状羰基铁的协同配合,使得该组合物的吸波性能良好,能满足电子设备领域对综合性能优异的导热和/或吸波功能材料的需求。
2、金刚石
金刚石是自然界中导热性能最好的材料之一,导热率可达2000 W/mK以上,理论上能够显著提升材料的导热性能、稳定性和可靠性。但在实际应用中,金刚石生产难度大且其硬度极高,表面呈惰性,与有机基体的相容性差,难以分散,往往用于对成本不敏感的高端导热领域。近期,上海阿莱德实业集团股份有限公司就推出了一款一金刚石微粉为填料的导热凝胶。
·上海阿莱德实业集团股份有限公司:推出TGEL-SP1200金刚石导热凝胶,优化了金刚石在有机体系中的相容性和分散性,导热系数可在严苛环境下稳定保持12W/(m·K)以上,可适应不同界面的填充贴合需求,确保材料在使用过程中具备优异的导热性能,同时该材料优异的触变性能和流变特性,可以满足高精度自动化点胶的要求,出胶顺滑流畅,确保点胶工艺的稳定性与一致性。

上海阿莱德金刚石导热凝胶
小结
从氮化铝的国产化突破,到氮化硼、多面体氧化铝单晶等材料的工艺创新,再到碳化硅、金刚石等超高性能填料的尝试与应用,国内企业正以前沿研发布局和产能扩张,逐步打破海外长期的技术与市场垄断。然而,要通往全球高端导热材料领域,国内产业仍需在规模化稳定性等方面持续攻坚;同时,也需要产业链上下游的紧密协作,将基础材料转化为终端散热方案。未来,随着5G、新能源汽车、航空航天等多领域高热流密度场景叠加,高端导热材料的创新浪潮,才刚刚开始。
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