反應燒結制備AlN-SiC復合材料工藝研究.pdf

1、氮化鋁/碳化硅(AlN/SiC)復合陶瓷材料具有較好的絕緣性,其較高的導熱能力以及優(yōu)良的力學性能能夠滿足多種應用的要求。本課題以Al粉、Si3N4粉和炭黑為原料進行反應燒結,對比研究熱壓燒結、無壓燒結、低溫成型-高溫無壓燒結三種工藝條件,論述了工藝參數對AlN/SiC復合陶瓷材料致密度和力學的性能影響規(guī)律,并實驗驗證反應機理。同時探討該原料體系中預加AlN的燒結性質,以及燒結助劑Y2O3在燒結過程中的作用。
　　通過設計與實驗論證

2、,450℃起始加載至高溫保溫結束的熱壓反應燒結工藝能夠獲得較高的AlN/SiC復合陶瓷材料致密程度,從而有效提高反應制備的AlN-SiC陶瓷復合材料的抗彎強度和斷裂韌性。根據研究論證,在燒結過程中低溫加載能夠有效利用活性填料Al的低溫塑性達到初步致密,從而改善終產物的致密程度。而在一定的致密度下,終產物的結晶形態(tài)決定了該體系材料的斷裂韌性。同時對比了同溫度下無壓燒結同體系材料的結果,無壓燒結工藝設計成型溫度為750℃和室溫,在N2氣氛1

3、850℃保溫。經對比,750℃真空20MPa載荷成型后經無壓燒結可獲得致密度較高的無壓燒結AlN/SiC復合陶瓷材料。在致密度和力學性能方面,熱壓燒結設計工藝得到的AlN/SiC復合材料都優(yōu)于無壓燒結工藝結果。經設計并實驗,在反應原料基礎上預添30wt％的AlN,由450℃起始加載至1850℃保壓1.5h的熱壓工藝反應制備的AlN-SiC陶瓷復合材料,抗彎強度560±20MPa,斷裂韌性3.76±0.3MPa·m1/2,維氏硬度2.2G

4、Pa,致密度99.74%,表觀熱導達到103W/m·K。
　　對冷壓坯在一系列溫度下進行N2氣氛保護的保溫,通過對各溫度下保溫得到的結果進行物相組成的分析,并對比反應產物獲得一定反應機理。發(fā)現了金屬Al熔融可率先和C反應并使坯體具備一定的液相,為反應的進行提供液相條件和場所,實驗驗證了燒結過程中的反應過程,說明了高溫階段坯體晶粒骨架的形成以及高溫反應完成后的燒結過程,同時探討了預添AlN情況下燒結機理的變化。
　　在論述并指