AlN-BN复相陶瓷的制备与性能研究

摘要

本论文主要以AlN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AlN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AlN和AlN-BN复相陶瓷的研究结果表明:复相陶瓷由纯净的AlN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58.13W/(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:λ∞=λ2(λ1+F(1-φ)(λ2-λ1))/λ2-(1-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。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 AlN 的性能及应用

1．3 BN的性能及应用

1．4 AlN—BN复相陶瓷的制备

1．4．1 无压烧结

1．4．2 反应烧结

1．4．3 热压烧结(m)

1．4．4 放电等离子烧结(SPS)

1．4．5 热等静压烧结(HIP)

1．5 复合材料的复合模型

1．6 AlN—BN复相陶瓷的研究现状

1．7 本文的研究目的、意义及主要研究内容

1．7．1 研究目的和意义

1．7．2 主要研究内容

第二章 材料制备及测试表征方法

2．1 实验材料

2．2 实验方案

2．2．1 原料制备工艺

2．2．2 制备AlN．BN复相陶瓷的烧结方法

2．3 实验仪器设备

2．3．1 热压烧结设备

2．3．2 热等静压烧结设备

2．3．3 其他设备

2．4 材料性能及分析测试方法

2．4．1 密度测定

2．4．2 材料的硬度测定

2．4．3 电阻率测定

2．4．4 热导率测定

2．4．5 摩擦磨损性能测试

2．4．6 XRD一射线衍射分析

2．4．7 SEM和EDS分析

第三章 AlN—BN复相陶瓷的HP制备及性能研究

3．1 引言

3．2 烧结试样物相分析

3．3 烧结温度对不同BN含量的AlN—BN复相陶瓷致密化影响

3．4 烧结温度对不同BN含量的AlN_BN复相陶瓷硬度的影响

3．5 微观结构形貌分析

3．5．1 热压烧结温度对微观结构的影响

3．5．2 BN含量对微观结构的影响

3．6 烧结温度对不同BN含量的AlN．BN复相陶瓷热导率的影响

3．7 烧结温度对不同BN含量AlN．BN复相陶瓷体积电阻率的影响

3．8 烧结温度对AlN．BN复相陶瓷摩擦性能的影响

3．8．1 烧结温度对摩擦系数的影响

3．8．2 BN含量对A1N．BN复相陶瓷磨损率的影响

3．9 本章小结

第四章AlN—BN复相陶瓷HIP制备及性能研究

4．1 引言

4．2 热等静压烧结AlN—BN复相陶瓷的物相分析

4．3 烧结工艺对AlN．BN复相陶瓷致密化的影响

4．4 烧结工艺对AlN．BN复相陶瓷硬度的影响

4．5 AlN—BN复相陶瓷的断口形貌图

4．6 HIP制备Aln-BN复相陶瓷的热导率

4．7 AlN—BN复相陶瓷的体积电阻率

4．8 AlN—BN复相陶瓷材料的摩擦磨损性能

4．8．1 AlN—BN复相陶瓷的质量磨损率

4．8．2 AlN—BN复相陶瓷的摩擦系数

4．8．3 AlN—BN复相陶瓷的磨痕微观结构形貌

4．9 本章小结

第五章AlN—BN复相陶瓷热导率和电阻率模型探讨

5．1 复相陶瓷两相体系模型及理论方程

5．2 AlN—BN复相陶瓷两相体系热导率模型讨论

5．2．1 HP不同密度AlN—BN复相陶瓷的热导率

5．2．2 HIP不同相对密度AlN—BN复相陶瓷的热导率

5．2．3 AlN—BN复相陶瓷热导率复合模型讨论

5．3 AlN—BN复相陶瓷两相体系体积电阻率模型讨论

5．3．1 HP不同密度AlN—BN复相陶瓷的体积电阻率

5．3．2 HIP不同相对密度AlN—BN复相陶瓷的体积电阻率

5．3．3 AlN—BN复相陶瓷体积电阻率复合模型讨论

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果