AlN-nano-BN復(fù)相陶瓷的SPS制備與性能研究.pdf

1、A1N/BN復(fù)相陶瓷綜合了A1N、BN材料的優(yōu)點(diǎn)，具有高熱導(dǎo)率、高絕緣、低介電損耗、介電常數(shù)小、耐高溫、耐腐蝕、抗熱震、可以機(jī)加工等一系列優(yōu)良特性。A1N、BN同屬共價鍵化合物，其單相陶瓷以及兩者的復(fù)相陶瓷的燒結(jié)制備都是技術(shù)難題。 本文通過原位化學(xué)反應(yīng)合成A1N/nano-BN復(fù)合粉末，引入適量的燒結(jié)助劑后，進(jìn)行放電等離子燒結(jié)(SPS)，重點(diǎn)研究A1N/nano-BN的SPS燒結(jié)過程與致密化機(jī)理，探討A1N/nano-BN復(fù)相陶

2、瓷的顯微結(jié)構(gòu)和BN含量與其力學(xué)性能、電學(xué)性能之間的關(guān)系。 以硼酸和尿素作為原料，在600℃、高純N<,2>氣氛下原位合成反應(yīng)12h得到nano-BN均勻包覆在A1N顆粒表面的A1N/nano-BN復(fù)合粉末。A1N/nano-BN的SPS燒結(jié)過程可以分為三個階段：1500～1600℃為燒結(jié)初期；溫度高于1600℃后，燒結(jié)助劑Sm<,2>O<,3>與Al<,2>O<,3>在低共熔溫度下形成液相，加速了傳質(zhì)過程，呈現(xiàn)快速致密化特征，為

3、燒結(jié)中期；試樣致密化過程在1700℃之后基本結(jié)束，為燒結(jié)末期。研究還表明，燒結(jié)溫度的升高有利于復(fù)合粉體的致密化，溫度高于1700℃時，所有A1N/nano-BN試樣均能實(shí)現(xiàn)高致密化，相對致密度達(dá)到或超過98.5％。原位合成的A1N/nano-BN復(fù)合粉末中，nano-BN以渦流狀t-BN的形式存在，并在SPS燒結(jié)時轉(zhuǎn)化為層狀結(jié)構(gòu)的h-BN。SPS燒結(jié)的A1N/nano-BN復(fù)相陶瓷顯微結(jié)構(gòu)均勻、致密。Nano-BN的引入使A1N/nan

4、o-BN復(fù)相陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)更加精細(xì)，晶相之間的結(jié)合更加緊密，避免了直接引入h-BN軟質(zhì)相對力學(xué)強(qiáng)度產(chǎn)生的不利影響，提高了復(fù)相陶瓷的力學(xué)強(qiáng)度。含30vol％nano-BN試樣的抗彎強(qiáng)度與A1N單相陶瓷相當(dāng)。當(dāng)nano-BN含量為10vol％時，其抗彎強(qiáng)度達(dá)到347MPa。隨著nano-BN含量的增加，A1N/nano-BN復(fù)相陶瓷的彈性模量和斷裂韌性均呈下降趨勢。A1N/nano-BN復(fù)相陶瓷的介電常數(shù)和介電損耗隨nano-BN含量的增大