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氮化铝陶瓷的烧结技术

杨东升  
【摘要】: 本论文探索了AlN陶瓷的烧结技术,利用本实验室原位合成技术合成的AlN粉末制备出了高致密,高导热的AlN陶瓷。 研究了AlN陶瓷的常压烧结技术。通过热力学条件和相图的分析,选择Y2O3、Li2O、CaO、B2O3等氧化物作为烧结助剂。研究了烧结助剂、烧结温度、保温时间等工艺条件对AlN材料的致密度和物相组成的影响。研究表明:在烧结过程中,烧结助剂能与AlN颗粒表面的Al2O3层反应生成低熔点的铝酸盐液相(如YAG),进而通过液相烧结促进致密化。通过XRD分析发现,在较低的烧结温度下,烧结助剂未能充分发挥作用。另外,本文对低温烧结助剂的选择作了初步的尝试,选择了CaO—CaF2—SiO2体系作为烧结助剂。结果表明:该助剂系统对烧结有一定的促进作用,但作用不够显著。 研究了AlN陶瓷的放电等离子烧结(SPS)技术。研究表明:SPS是一种快速、高效的烧结技术。与传统的烧结方式相比,大大降低了烧结温度和保温时间。常规烧结中所使用的烧结助剂系统在SPS烧结时,同样起着促进致密化的作用,且作用机理类似。在SPS烧结过程中,烧结主要是发生在烧结升温阶段,随着烧结时间的延长,对烧结体的致密度影响不大。对SPS试样的XRD分析表明:由于碳势气氛的影响,烧结过程中形成的第二相分解、挥发,并最终消失。 研究了AlN陶瓷的热导率与显微结构的关系。研究结果表明:晶粒生长发育完善,晶粒轮廓呈清晰尖锐的多边形状,晶粒呈完整的拔出状,晶粒均匀性好,晶界相和气孔少且晶界相分布均匀,AlN相连通性较好的试样具有较高的热导率。


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