液相燒結(jié)六方氮化硼陶瓷

六方氮化硼(h-BN)陶瓷是一種重要的航空航天透波材料,但是h-BN是一種共價鍵化合物,在高溫下的自擴散系數(shù)低,是一種難以燒結(jié)的材料,一般都是采用熱壓燒結(jié)工藝制備.若沒有合適的添加劑,其熱壓燒結(jié)的溫度和壓力需很大,并且熱壓燒結(jié)工藝難以制備形狀復(fù)雜的陶瓷制品.目前也有采用反應(yīng)燒結(jié)和高壓氣-固燃燒合成的方法,但都很難獲得滿意形狀尺寸的燒結(jié)制品,所以六方氮化硼陶瓷的無壓燒結(jié)工藝研究變得很重要。

采用經(jīng)過機械化學(xué)活化過的六方氮化硼粉末進行無壓燒結(jié)h-BN陶瓷,獲得相對密度為70%,性能較好的陶瓷.Kurita采用AlN和無定形B為添加劑,在1500℃和N2氣氛下無壓燒結(jié),獲得相對密度為7518%的陶瓷。

用無壓燒結(jié)的方法制得致密度達到90%以上的BN-AlON復(fù)合陶瓷,但是BN的體積分?jǐn)?shù)太低.研究結(jié)果表明,六方氮化硼無壓燒結(jié)致密化困難的主要原因是h-BN在C軸方向的結(jié)合力遠小于垂直于C軸方向的結(jié)合力,晶體主要沿板面方向生長,這種片狀晶體結(jié)構(gòu)燒結(jié)時形成卡片搭橋結(jié)構(gòu),起到相互支撐的作用,阻礙材料的收縮.因此在燒結(jié)時能夠使片狀晶體結(jié)構(gòu)形成定向排列是解決這個問題的主要措施.對于液相燒結(jié)工藝,主要是提高陶瓷燒結(jié)時的擴散系數(shù),提高燒結(jié)動力,一般是采用在燒結(jié)時產(chǎn)生液相來解決.考慮到稀土氧化物

六方氮化硼的最佳無壓燒結(jié)溫度在1850℃.溫度過高容易導(dǎo)致晶粒異常長大,影響性能;溫度過低,不能夠產(chǎn)生完全的液相,并且燒結(jié)的驅(qū)動力不足,燒結(jié)后的致密化不夠理想.復(fù)合添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好保持在15%～20%左右.Y2O3-Al2O3組成的復(fù)合添加劑系統(tǒng)是一種有效提高h-BN陶瓷致密化的燒結(jié)助劑,燒結(jié)時反應(yīng)生成的鋁釔酸鹽起到促進復(fù)合陶瓷材料燒結(jié)的作用,并且在此二元復(fù)合添加劑系統(tǒng)中添加微量的B2O3可以降低燒結(jié)溫度