液相烧结六方氮化硼陶瓷

六方氮化硼(h-BN)陶瓷是一种重要的航空航天透波材料,但是h-BN是一种共价键化合物,在高温下的自扩散系数低,是一种难以烧结的材料,一般都是采用热压烧结工艺制备.若没有合适的添加剂,其热压烧结的温度和压力需很大,并且热压烧结工艺难以制备形状复杂的陶瓷制品.目前也有采用反应烧结和高压气-固燃烧合成的方法,但都很难获得满意形状尺寸的烧结制品,所以六方氮化硼陶瓷的无压烧结工艺研究变得很重要。

采用经过机械化学活化过的六方氮化硼粉末进行无压烧结h-BN陶瓷,获得相对密度为70%,性能较好的陶瓷.Kurita采用AlN和无定形B为添加剂,在1500℃和N2气氛下无压烧结,获得相对密度为7518%的陶瓷。

用无压烧结的方法制得致密度达到90%以上的BN-AlON复合陶瓷,但是BN的体积分数太低.研究结果表明,六方氮化硼无压烧结致密化困难的主要原因是h-BN在C轴方向的结合力远小于垂直于C轴方向的结合力,晶体主要沿板面方向生长,这种片状晶体结构烧结时形成卡片搭桥结构,起到相互支撑的作用,阻碍材料的收缩.因此在烧结时能够使片状晶体结构形成定向排列是解决这个问题的主要措施.对于液相烧结工艺,主要是提高陶瓷烧结时的扩散系数,提高烧结动力,一般是采用在烧结时产生液相来解决.考虑到稀土氧化物

六方氮化硼的最佳无压烧结温度在1850℃.温度过高容易导致晶粒异常长大,影响性能;温度过低,不能够产生完全的液相,并且烧结的驱动力不足,烧结后的致密化不够理想.复合添加剂的质量分数最好保持在15%～20%左右.Y2O3-Al2O3组成的复合添加剂系统是一种有效提高h-BN陶瓷致密化的烧结助剂,烧结时反应生成的铝钇酸盐起到促进复合陶瓷材料烧结的作用,并且在此二元复合添加剂系统中添加微量的B2O3可以降低烧结温度