AlN-BN复相陶瓷的制备与性能研究

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本论文主要以A1N和BN粉为原料,无烧结助剂,采用热压烧结(HP)和热等静压烧结(HIP)成功制备出了A1N和AlN-BN复相陶瓷,主要研究了烧结温度、所施压强和BN含量对AlN-BN复相陶瓷显微结构和性能的影响。并确立了能预测热等静压制备的AlN-BN复相陶瓷热导率和体积电阻率的两相复合模型。采用HP方法制备出的A1N和AlN-BN复相陶瓷的研究结果表明:复相陶瓷由纯净的AIN和BN组成。当BN含量相同时,随着烧结温度越高,其相对密度、热导率、体积电阻率和硬度越高,而质量磨损率和平均摩擦系数减小。随着BN含量的不断增加,晶粒逐渐发育完善,AlN-BN复相陶瓷的相对密度也随之增加。但是nAlN:nBN=50:50时,BN交叉堆积明显,疏松多孔,不利于材料致密。随着BN的增加,硬度和热导率逐渐下降,体积电阻率、质量磨损率和平均摩擦系数增大。在1700℃、保温1h的烧结工艺下能制备出nAlN:nBN=75:25相对密度为95.58%,热导率为58.13 W/(m.K),体积电阻率7.32×1014Ω.cm的AlN-BN复相陶瓷。采用HIP烧结制备出的AlN-BN复相陶瓷研究表明:当BN含量相同时,随着烧结温度和压强的升高,复相陶瓷的相对密度、热导率、体积电阻率和硬度提高,质量磨损率和平均摩擦系数减小。HIP烧结温度对AlN-BN复相陶瓷的致密化比压强作用更为显著。热等静压的高压强可以有效打破BN的“卡片式”结构,使得BN的添加量对材料的烧结致密化进程影响不大,硬度和热导率随着BN的添加量增加而逐渐下降,体积电阻率、质量磨损率和平均摩擦系数增大。在1550℃、90MPa、保温3h的热等静压工艺下,可以制备出nAlN:nBN=75:25相对密度达98.03%,热导率为77.29W/(m.K), 体积电阻率1.35×1015Ω.cm的AlN-BN复相陶瓷。根据复相陶瓷的两相复合模型:λcom=λ2(1-F)(1-φ)(λ2-λ1)/λ2(λ1+F(1-φ)(λ2-λ1))计算得到的复相陶瓷的热导率和电导率(电阻率)的理论值与实际测量结果较为符合,可以较为准确地预测HIP制备的AlN-BN复相陶瓷的热导率和体积电阻率。
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