AlN-BN復合材料的制備及其介電和熱導性能研究.pdf

1、氮化鋁(AlN)陶瓷具有高熱導率、高絕緣性、低介電常數(shù)和介電損耗等優(yōu)異的綜合性能，是極具應用前景的微波透波材料。六方氮化硼(h-BN)陶瓷具有優(yōu)異的介電性能、良好的機械加工性能、良好的抗熱震性能。因此，AIN和h-BN材料的復合可獲得介電、熱導和力學性能等綜合性能優(yōu)異的介電復合材料。本論文圍繞著AlN-BN復合材料的介電和熱導性能的改善，以氮化鋁(AlN)和氮化硼(b-BN)為原料，采用熱壓法(HP)及放電等離子燒結(jié)(SPS)兩種方法制

2、備AIN-BN復合陶瓷材料。研究了OaF<,2>、Y<,2>O<,3>、CaF<,2>-Y<,2>O<,3>不同燒結(jié)助劑體系及含量、燒結(jié)溫度、保溫時間、原料配比條件下的AIN-BN復合材料的燒結(jié)過程、燒結(jié)體微觀結(jié)構(gòu)和性能。 以SPS制備AIN-BN復合材料的研究表明：燒結(jié)溫度的升高促進了AlN-BN復合材料燒結(jié)體的致密化和晶粒的生長，增大了復合陶瓷的介電常數(shù)，降低了介電損耗。BN含量的增加降低了AlN-BN復合材料的致密度、介電

3、常數(shù)和熱導率，增加了介電損耗值，對改善介電性能不利。1700℃下燒結(jié)并保溫5min，可制備出1MHz下的介電常數(shù)和損耗分別為：7.15和6.31×10<'4>，熱導率為58.1W·m<'-1>·K<'-1>的85wt.％AIN-15wt.％BN復合陶瓷。添加CaF<,2>和Y<,2>O<,3>助劑促進了復合材料的致密化和熱導率的增加，但惡化了材料的介電性能。添加4wt,％Y<,2>O<,3>在1800℃下可制備出熱導率為90.1 w·m

4、<'-1>·K<'-1>的85wt.％AIN-15wt.％BN復合陶瓷。添加3wt.％的CaF<,2>，1800℃燒結(jié)可制備出相對密度大于98.15％，熱導率為78.7 W·m<'-1>·K<'-1>的85wt.％AlN-15wt.％BN復合陶瓷。 采用熱壓方法制備AlN-BN復合材料的研究表明：隨CaF<,2>含量的增加，復合材料的密度、熱導率、介電常數(shù)增加，介電損耗降低。升高燒結(jié)溫度促進了AlN-BN復合陶瓷的致密化和熱導率

5、的提高，降低了介電常數(shù)和損耗，對改善介電性能有利。添加3wt.％的CaF<,2>，燒結(jié)溫度為1850℃，可制備出相對密度大于98.5％，1MHz下介電常數(shù)和損耗分別為：7.53、6.36×10<'-4>，熱導率為110W·m<'-1>·K<'-1>的85wt.％AIN-15wt.％BN復合陶瓷。Y<,2>O<,3>的添加增大了復合材料的熱導率，但對介電性能不利。CaF<,2>-Y<,2>O<,3>復合助燒劑中Y<,2>O<,3>含量的增

6、加，促進了AlN-BN復合材料的密度、熱導率和介電常數(shù)增加，延長保溫時間增加了復合材料的密度和熱導率，降低了介電常數(shù)和損耗，改善了介電性能。BN含量的增加降低了復合材料的密度和熱導率，但介電損耗明顯增加，不利于材料介電性能的改善。添加3wt.％CaF<,2>-3wt.％Y<,2>O<,3>復合燒結(jié)助劑，1850℃熱壓燒結(jié)并保溫3h，可制備出1MHz下介電常數(shù)和損耗分別為：7.66、7.31×10<'-4>，熱導率為132.7 W·m<'

7、-1>·K<'-1>的85wt.％AlN-15wt.％BN復合陶瓷。通過對試樣的XRD、TG/DSC、SEM、TEM/EDX分析，研究了不同助劑的作用機理。燒結(jié)過程中引入CaF<,2>形成的液相促進了試樣的致密化，并在燒結(jié)后期及保溫過程中分解揮發(fā)，凈化試樣晶界。單獨添加Y<,2>O<,3>，燒結(jié)過程中形成的Y-Al-O化合物在冷卻后以第二相的形式沉積于試樣的晶界。復合助劑CaF<,2>-Y<,2>O<,3>會在燒結(jié)過程中形成Y-Ca-A