六方氮化硼陶瓷的致密化

1955年美國泰勒首次發(fā)表了用熱壓法燒結(jié)氮化硼的報告, 從二十世紀六、七十年代以來國外就已經(jīng)投入工業(yè)化生產(chǎn)；國內(nèi)方面，福州大學教授李敏超對氮化硼陶瓷熱壓燒結(jié)工藝進行了系統(tǒng)的研究，從熱壓燒結(jié)工藝中的晶體形態(tài)、熱力學和動力學等角度進行分析，認為熱壓燒結(jié)致密化主要是塑性流動和原子擴散的作用，并在此理論上對氮化硼粉末性能和添加劑進行試驗和測試來揭示其對燒結(jié)性能的影響。而陳廣樂等進一步對熱壓燒結(jié)制備的高純六方氮化硼的致密性進行了研究，得到以下結(jié)論：①在相同熱壓條件下，隨著材料純度提高，彎曲強度有下降的趨勢，但致密化程度變化不大；②較高壓力下可以促進六方氮化硼陶瓷的致密化程度。

因六方氮化硼是共價鍵結(jié)合難以燒結(jié)，為了在較低溫度下合成六方氮化硼陶瓷，提高燒結(jié)活性和致密化程度，往往在熱壓燒結(jié)工藝中加入燒結(jié)助劑，如三氧化二硼、三氧化二鋁、氧化釔、氮化硅、碳酸鈣、氟化鈣等。例如，劉志國以氮化硼細粉與少量添加物混合均勻，采用熱壓燒結(jié)法獲得六方氮化硼燒結(jié)體，發(fā)現(xiàn)三氧化二硼的存在與否對制品性能影響很大。存在三氧化二硼時，制品容易致密，但對水的穩(wěn)定性差；不存在三氧化二硼時，情況則相反。所以，對于相應(yīng)的原料應(yīng)適當加入結(jié)合劑或者在特殊氣氛中進行高溫處理。葉乃清等通過在物料中加入第二相三氧化二鋁與氧化釔，發(fā)現(xiàn)三氧化二鋁能與氧化釔反應(yīng)形成 Al5Y3O12和 YAlO3等釔鋁氧化物，并且釔鋁氧化物在高溫條件下能夠促進顆粒重排和物質(zhì)的擴散遷移，進而促進氮化硼陶瓷的致密化程度。雖然添加劑能夠提高致密化，但是后來發(fā)現(xiàn)它對使用性能有一定的消極影響，所以有人就對合成工藝進行改進，例如，L.克拉倫斯等采用熱等靜壓法在氬氣氣氛條件下，不使用燒結(jié)助劑制備出密度為 2.21 g/cm3的高純高致密六方氮化硼陶瓷，但是此法成本過高使其應(yīng)用受到限制。

此外，由于單一的氮化硼材料太“軟”，即使加入燒結(jié)助劑也不能使氮化硼性能最大的被利用，目前對h-BN陶瓷的研究大部分是加入了第二相，利用BN與其他材料復(fù)合在一起，制備出復(fù)合陶瓷，得到了綜合性能更高的復(fù)合陶瓷材料，因此應(yīng)用的范圍更加寬廣。