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高导热、可加工AlN/BN复相陶瓷是一种极具应用前景的新型复合材料,可作为微电子领域、微波传输设备以及高温腐蚀环境中应用的理想材料。然而,AlN、BN同属共价键化合物,熔点高、自扩散系数小;在Al-B-N系统中,AlN和BN具有不同的晶体结构和价电子结构,在平衡条件下不能形成固溶体;同时,在烧结过程中,h-BN片状晶体的生长会形成卡片房式结构,阻碍材料的烧结收缩和致密。这些因素使AlN/BN陶瓷的完全致密化成为一个技术难题,并影响材料性能的发挥。 放电等离子烧结(SPS)技术是一种远离平衡状态的材料制备方法,它生产效率高,制备的材料结构致密、精细,并且可以实现材料的相组成与结构的调控。 论文研究了AlN陶瓷、AlN/BN复相陶瓷的致密化过程和机理,探讨了烧结助剂对AlN陶瓷显微结构和热导率的影响。重点研究了SPS烧结AlN/BN复相陶瓷的显微结构、导热性能和可加工性,利用粉末合成和晶界相纯化工艺控制和调整AlN/BN复相陶瓷结构和性能,使之在保持良好加工性的基础上具有较高的热导率。 纯AlN粉末在1900℃、或1850℃保温时间延长到15min时可得到致密度为97.5%以上的烧结体。添加Y2O3、Sm2O3和Li2O可显著促进AlN陶瓷的烧结,降低粉末的烧结温度,提高烧结体的致密度,同时显著提高试样的导热性能。其中加入1.5wt%Sm2O3试样的热导率可以达到150W/m·K。烧结助剂种类影响AlN试样中晶界相的分布、晶体发育以及AlN晶粒之间的结合,并通过这些显微结构因素影响AlN陶瓷的热导率。 AlN/BN微米复相陶瓷可以在1700~1800℃通过SPS烧结致密。由于SPS烧结在极短的时间内完成,片状h-BN晶体生长对试样致密化的阻碍作用表现得不明显,AlN/30vol%BN试样也可以达到98.3%的相对密度。而且SPS烧结的AlN/BN复相陶瓷具有均匀的显微结构,h-BN晶粒没有出现定向排列。 BN相抑制AlN晶粒的生长,显微结构细化使得少量BN相的引入没有导致材料力学强度的下降。但随着AlN/BN微米复相陶瓷中BN含量的增大,力学强