氮化铝陶瓷研究的进展概况

《氮化铝陶瓷研究的进展概况》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、氮化铝陶瓷研究的进展概况［摘要］氮化铝陶瓷室温强度高(400-500MPa),在高温条件下使用，其强度随温度升高下降缓慢，而且氮化铝陶瓷高温导热性高，热膨胀系数低，抗热冲击性好，是制造陶瓷发动机非常有潜力的材料。虽然氮化铝粉末早在1896年就合成成功，但由于氮化铝粉末很难烧结，氮化铝陶瓷的研究从上世纪五十年代才开始，在有添加剂的条件下，能制得致密的氮化铝陶瓷。几十年来通过许多研究者的不懈努力，在氮化铝粉末的制备、成形、烧结等方面的研究均取得了长足进展，对氮化铝陶瓷的常温及高温性能也有研究。［关键词］氮化铝陶瓷高强度高导热率研究

2、概况中图分类号:TQ174.6文献标识码:A文章编号：1009-914X(2016)08-0065-011-1研究AIN陶瓷的意义AIN陶瓷室温强度高(400-500MPa),强度随温度升高下降缓慢。AIN陶瓷1300°C下的高温强度比常温强度低约20%,而热压或同温度下的高温强度比常温强度低约50%。AIN材料的高温导热性(20°C的导热系数为170W/mk)和低热膨胀系数(20-500°C：4.8X/°C；100-1000°C：5.7X/°C),保证其制品耐热冲击性好。AIN材料这些优越特性显示岀它有希望在陶瓷发动机材料中

3、争得一席之地。1-2AIN陶瓷研究的进展概况AIN粉末的合成已有很长的历史，最早的合成方法可以追溯到1896年的Geuther[l]法。对AIN的正式研究可分为三个阶段。第一阶段从本世纪初开始，采用Serper法合成AIN,尔后用Harber的空气中氮气固定法制备AIN。由于AIN难以烧结，一直到本世纪五十年代均未取得令人鼓舞的进展。第二阶段从五十年代后期开始，将AIN作为一种非氧化物陶瓷材料加以研究，摸索岀一系列促进AIN烧结的添加剂，取得一系列可喜的成绩。1960年Taylor和Lenie⑵在加入添加剂的情况下，采用热压烧

4、结制成AIN陶瓷，抗折强度达265Pa0第三阶段始于近几年，人们将AIN陶瓷伯为高导热率的绝缘散热材料予以研究，并力图把它推向实用化。日本科学家致力于合成易于烧结的AIN粉末，以求材料具有高的导热率。如东芝公司的米屋腾利⑶于1986年用作原料，用碱土金属与稀土金属混合物作添加剂，在氮气氛中合成的AIN粉末，在无压烧结下，其密度均在99%以上。1985年日本电气株式会社的黑川弘⑷等人把碱土金属的卤化物(氯化物和氟化物）引入AIN粉末中，热压烧结出相对密度99%的AIN陶瓷，其导热率达140W/mko日本TDK（株）陶瓷研究部已制

5、成AIN系列的高导热性AIN基板。对AIN材料高温性能的系统研究，以往的文献报道具较少。烧结的AIN陶瓷在800°C至1100°C的氧气中的氧化速率很低，在1100°C只有8%被氧化oAbid[5]等人研究了AIN粉末及GaAs板上AIN薄膜的氧化性,结论是AIN粉末在空气中可稳定到1000°C,在真空中可稳定到1400°Co当AIN粉末置于100°C的沸水中，将形成Y-AIOOH,但AIN粉末在室温下不易与潮湿空气起反应。GaAs板上的AIN薄膜在900°C和1100°C的氧气气氛中，不发生氧化反应。Sakai[6]研究了氧

6、组分对热压AIN陶瓷抗弯强度的影响，指出：AIN粉末颗粒表面的氧化层与AIN反应生成氧氮化铝或假AIN聚晶体，会有2.7Wt%氧元素的AIN在2000°C热压可达最高抗折强度（48）O国内对AIN材料的研究很少，近几年才有关于研究AIN方面的报道。1984年798厂设计所参照日本电气化学工业公司的高纯AIN粉末制造方法，用铝粉氮化合成Fain粉末[7]。用这种粉末在氮气氛下热压烧结制出AIN陶瓷，其抗折强度为115.3MPa。1986年上海硅酸盐研究所的黄丽萍等人进行了AIN粉末合成的研究⑻。1988年，国家建材研究设计院着手

7、进行AIN基板的试制工作。武汉工业大学研究生马峻峰对AIN/SiC晶须复合材料作了有意义的探索。他的实验结果表明，晶须的加入能提高AIN陶瓷的韧性（提高52.5%）,但抗折强度下降（抗折强度损耗26%）0近年来，随着纳米材料的兴起，其较强的小尺寸效应、表面效应使得晶粒的表面能增加，烧结活性增强，从而可以显著地提高烧结速度，使微观结构均匀一致，极大地改善了材料的性能。添加普通烧结助剂，仅仅降低液相产生的温度。如果添加剂采用纳米粉，因其比表面积增大，表面活性极高，除降低液相温度外还可增大烧结驱动力，进一步促进烧结。添加纳米助剂促进

8、氮化铝陶瓷的烧结是一种新思路、新方法，同时还具有实用性。放电等离子烧（SparkPlasmaSintering,SPS）是一种新颖的具有独特技术优势的烧结技术，在促进AIN烧结致密化和降低制备成本方面具有很大的发展潜力。李淘采用纯的AIN粉在1800°C下保温15min得到致