無壓燒結(jié)和熱壓燒結(jié)法制備六方氮化硼陶瓷

無壓燒結(jié)和熱壓燒結(jié)法都是將六方氮化硼粉末在高溫下燒結(jié)得到致密的燒結(jié)體,而熱壓燒結(jié)則在燒結(jié)過程中同時(shí)施加高壓條件。由于六方氮化硼陶瓷難燒結(jié),一般需在1 800℃以上的高溫條件下才能制得致密度良好的六方氮化硼。為了降低燒結(jié)溫度,往往需要加入Al2O3、Y2O3等作為添加劑,利用燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生液相來促進(jìn)燒結(jié)。燒結(jié)過程中產(chǎn)生的液相一方面可以起到顆粒粘結(jié)作用,另一方面可以使片狀六方氮化硼定向排列,防止因六方氮化硼晶體在燒結(jié)時(shí)形成卡片搭橋結(jié)構(gòu)阻礙材料的收縮。研究者們采用無壓燒結(jié),燒結(jié)過程中加入Al2O3-Y2O3二元添加劑,使之形成低共熔點(diǎn)化合物,從而在相對(duì)較低的溫度下形成液相,促進(jìn)了六方氮化硼的燒結(jié),最終產(chǎn)品密度為1.74 g/cm3,與用單一添加劑制備出的六方氮化硼陶瓷(密度1.17~1.24 g/cm3)相比有了很大提高。通過添加助燒劑而獲得的六方氮化硼雖然致密度得到一定提高,但是會(huì)降低六方氮化硼的高溫使用性能。

為了解決這兩者之間的矛盾, 研究者們采用熱等靜壓法在溫度1800℃,壓力206.8 MPa的氬氣氣氛條件下,不使用助燒劑燒結(jié)出了密度為2.21 g/cm3,w(氧)小于1%的高純高致密六方氮化硼陶瓷。熱等靜壓法可以制備高純高致密度、形狀復(fù)雜且各向同性的六方氮化硼,但是成本過高使其應(yīng)用受到限制。

研究表明,納米級(jí)的六方氮化硼粉在1 200℃左右就開始熔化,并能燒結(jié)成致密的燒結(jié)體,比用微米級(jí)的六方氮化硼粉燒結(jié)溫度降低了近1 700℃。這為在低溫且不加添加劑條件下燒結(jié)出高致密度的六方氮化硼陶瓷提供了新的思路。