AlN／nanoBN复相陶瓷的SPS制备与性能研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文AlN/nano-BN复相陶瓷的SPS制备与性能研究姓名：魏錾钉申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：沈强20071101武汉理工大学硕士论文摘要AIN／BN复相陶瓷综合了AIN、BN材料的优点，具有高热导率、高绝缘、低介电损耗、介电常数小、耐高温、耐腐蚀、抗热震、可以机加工等一系列优良特性。A1N、BN同属共价键化合物，其单相陶瓷以及两者的复相陶瓷的烧结制备都是技术难题。本文通过原位化学反应合成AINlnano-BN复合粉末，引入适量的烧结助剂后，进行放电等离子烧结(SPS)，重点研究AIN／nano-BN的SPS烧结过程与致密化机理，探讨AIN／n

2、ano-BN复相陶瓷的显微结构和BN含量与其力学性能、电学性能之间的关系。以硼酸和尿素作为原料，在600"C、高纯N2气氛下原位合成反应12h得到nano-BN均匀包覆在AIN颗粒表面的AIN／nano-BN复合粉末。AIN／nano-BN的SPS烧结过程可以分为三个阶段：1500--1600"C为烧结初期；温度高于1600℃后，烧结助剂Sm203与A1203在低共熔温度下形成液相，加速了传质过程，呈现快速致密化特征，为烧结中期；试样致密化过程在1700"C之后基本结束，为烧结末期。研究还表明，烧结温度的升高有利于复合粉体的致密化，温度高于1700‘C时，所有AIN／nano-BN试

3、样均能实现高致密化，相对致密度达到或超过98．5％。原位合成的AIN／nano-BN复合粉末中，nano-BN以涡流状t-BN的形式存在，并在SPS烧结时转化为层状结构的h-BN。SPS烧结的AIN／nano-BN复相陶瓷显微结构均匀、致密。Nano-BN的引入使A1N／nano．BN复相陶瓷的显微结构更加精细，晶相之间的结合更加紧密，避免了直接引入h-BN软质相对力学强度产生的不利影响，提高了复相陶瓷的力学强度。含30v01％nano．BN试样的抗弯强度与AIN单相陶瓷相当。当nano-BN含量为lOv01％时，其抗弯强度达到347MPa。随着nano-BN含量的增加，AIN／na

4、no-BN复相陶瓷的弹性模量和断裂韧性均呈下降趋势。AIN／nano．BN复相陶瓷的介电常数和介电损耗随nano-BN含量的增大而变小，复相陶瓷同时显示出良好的绝缘性，体积电阻率达到lO“．10“Q-cm量级。性能关键词：AIN／nano-BN复相陶瓷，放电等离子烧结(SPs)，力学性能，电学武汉理工大学硕士论文ABSTRACT盯豫AIN／BNcompositecenlmic$integratesthemeritsofAINandBN．such船thermalconductivity,hi曲electricalresistivity,lowdieleelrieconstant,res

5、istancehightemperature,resistancecorrosionandmaehimbiUtyandSOo也Howevolt,AINandBNa∞bothcovalentcompounds．whichhasteelmiealproblemforsinteringthesingle-phasecel"dmicsandthemulti-phasecer'amics．AIN／nano-BNpowderweresynthesizedviathesitttelaemiealreae(ions，thecompositepowderweresInteredwiththespark

6、plasmasintering(SPS)atteraddingrightamottIlt$intel哑additionagent．11把demifieadonproces$andthesinteri醒mechanismofpregaredAIN／nano-BNCars．tnicsw讯studied．11垃mierosmaetureofAIN／nano-BNceramicsw勰analyzed．EffectofBNcontent蛆themechanicalpropertiesandtheeleelriealpropertiesoftlaeAIN／mno-BNcel-alllicswas

7、disemsed．Boricacidandurea硒theSOUrCeⅥf骶used,theAIN／nano-BNcompositepowder谢mnano-BNcoatedAINw讹pIq删under陀碰ng12hat600"CwithN2．．mSPSprocessofAIN／nano-BNcel铀llicsisdividedintothreestages：1500～1600。Cistheinitialsinteringpt'Oc笼SS．1ksinter