aln陶瓷的显微结构、相组成和性能.

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1、第３３岱增川Ｉ２００４印６ＪＪＲＡＲＥ稀有金属材料与工程ＭＥＴＡＬＭＡＴＥＲＩＡＩ．．ＳＡＮＤＦＮＧｌＮＦＦＲｌＮＧＶ０１．３３，Ｓｕｐｐｌ．ＩＪｕｎｅ２００４ＡＩＮ陶瓷的显微结构、相组成和性能秦明礼１，曲选辉１，段柏华２，徐征宙１，汤春峰２（１北京科技大学，北京１０００８３）（２中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南长沙４１００８３）摘要：以比表面积为４．２６ｍ２／ｇ、氧含量为０．９８％和比表面积为１７．４ｍ２／ｇ、氧含量为１．６９％的两种ＡＩＮ粉末为原料制备Ａ１Ｎ陶瓷，研究了显微结构、相组成和陶瓷性能的关系，结果表明：致密度和氧含量是影响ＡＩＮ陶瓷热导率的关键Ｉ大Ｊ素。添加

2、５％Ｙ２０３作为烧结助剂，在１６５０。Ｃ烧结３ｈ后，燃烧合成前驱物合成的Ａ１Ｎ粉末的烧结试样已经致密，材料的热导率口Ｊ达１３２．４Ｗ・ｍ‘。・Ｋ～，而沉淀前驱物合成粉术的试样尚未致密，热导率仪为４８．７Ｗ・ｍ‘。－Ｋ～。在材料获得致密后，ｔｌＩ氧杂质引起的桐组成和结构缺陷成为热导率的控制㈥素，住１８５０℃烧结后，两种粉未的烧结试样都获得致密，ｆｆｌ由Ｊ二燃烧合成前驱物合成的ＡＩＮ粉术氧含最『西，所制备的陶瓷材料中结构缺陷多，热导ｊ簪为１５４．３Ｗ－１１＂１～・Ｋ～，低Ｊ：沉淀前驱物合成粉术的烧结试样的热导率（为１８３．６Ｗ・ｍ～・Ｋ。１）。关键词：ＡＩＮ陶瓷；热导率；显微结构

3、；第ｉ相中图法分类号：ＴＱｌ７４文献标识码：Ａｌ瓷，必须解决两个问题：第一是要提高材料的致密度，刖吾第二是选择纯度高的粉末，并在高温烧结时，要尽量避免氧原子溶入Ａ１Ｎ的品格中。为了获得高致密度的陶瓷材料，通常需要添加氮化铝陶瓷具有高的热导率、低的介电常数和介电损耗、可靠的电绝缘性、耐高温、耐腐蚀、无毒、良好的力学性能以及与硅相匹配的热膨胀系数等一系列优良性能，在许多高技术领域的应用越来越广泛【“２１。Ａ１Ｎ是绝缘陶瓷材料，属于声子导热机制，声子平均自由程愈长，材料的热导率愈高。在热传输过程中，晶体ＩＪ－１的缺陷、晶界、空洞等都会产生声子散射，降低声子的平均自由程，从而进一步影

4、响热导率。Ａ１Ｎ属于共价化合物，熔点高，原子自扩散系数小，因此，纯净的ＡｌＮ粉末在通常的烧结温度下很难烧结致密，而致密度不高的材料很难具有高的热导率。除了致密度外，另１个影响Ａ１Ｎ陶瓷热导率的重要因素是杂质含量，尤其是氧含量。由于ＡＩＮ对氧有强烈的亲合力，部分氧会固溶入氮化铝的点阵中，形成铝空位，铝空位散射声子，降低了声子的平均自由程，导致热导率下降［３１。因此，要制备高热导率的ＡＩＮ陶Ｙ２０３，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＣａＣ２，ＣａＦ２等各种稀土金属和碱土金属的氧化物、碳化物及氟化物作为烧结助剂【４划】，这些烧结助剂直接影响了ＡｌＮ陶瓷中第二相的种类、数量和分布，并进一步影响Ａ１Ｎ

5、的导热性能。本工作中采用两种比表面积和氧含量不同的Ａ１Ｎ粉末为原料，研究了ＡＩＮ陶瓷显微结构、相组成和热导性能的关系。２实验方法两种ＡｌＮ粉末均采用碳热还原法制备而成，ＡｌＮ粉末１采用沉淀前驱物制备而成，ＡｌＮ粉末２采用低温燃烧合成前驱物制备而成，两种粉末的具体制备工艺如文献［９，１０］所述。表１列出了两种ＡＩＮ粉末的性能，可以看出两种粉末的比表而积和氧含量差别较表１原料粉末的性能Ｔａｂｌｅ１Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ收稿日期：２００３—０９．２２基金项目：国家杰山青年科学壤金（５００２５４１２）和国家乖点基础研究发展规划（Ｇ２００００６７２０３）作者简

6、介：秦明礼，男，１９７５年生，博士，讲师，北京科技大学利料科学与上程学院，北京１０００８３，电话：０１０－６２３３２７２７，Ｅ—ｍａｉｌ：ｍｌｑｉｎ７５＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ增刊１秦明礼等：ＡＩＮ陶瓷的显徽结构、相组成和性能大，ＡＩＮ粉末Ｉ的比表面积和氧含量分别为４２６ｍ２幢和Ｏ９８％，ＡＩＮ粉末２的比表面积大，为１７．４ｍ‰，３结果与讨论３．１密度和显微结构众所周知，比表面积是影响陶瓷烧结性能的重要因素之一，随着粉末比表面积的变大，粉末的表面能增加，活性升高，体系的能量升高，烧结动力也随之增加。由于所采用的两种粉末的比表面积不同，二者的烧结性能存在较大差异。图３为两种粉末

7、各种烧结试样密度与烧结温度的关系。从图３中可以看出，沉淀前驱物合成粉末的烧结试样的密度在１６００。Ｃ～１８００℃问迅速增加，试样密度由２３２９／ｃｍ３增至２７９／ｃｍ３，继续升高温度，试样密度变化不大；而低温燃烧合成前驱物合成粉末的烧结试样的密度在１５００℃～ｌ６００。Ｃ间增加迅速，在ｌ６００℃烧结３ｈ后，３氧含量较高，为ｌ６９％，图１和图２分别为两种ＡＩＮ粉末的ＳＥＭ照片，可以看出两种粉末均为形状规则的近球形颗粒，分散性能良好，其中沉淀前驱物制备的ＡＩＮ粉末粒度较粗，粉末平均粒径为０４ｐｍ，低温燃烧合