六方氮化硼陶瓷的致密化

1955年美国泰勒首次发表了用热压法烧结氮化硼的报告, 从二十世纪六、七十年代以来国外就已经投入工业化生产；国内方面，福州大学教授李敏超对氮化硼陶瓷热压烧结工艺进行了系统的研究，从热压烧结工艺中的晶体形态、热力学和动力学等角度进行分析，认为热压烧结致密化主要是塑性流动和原子扩散的作用，并在此理论上对氮化硼粉末性能和添加剂进行试验和测试来揭示其对烧结性能的影响。而陈广乐等进一步对热压烧结制备的高纯六方氮化硼的致密性进行了研究，得到以下结论：①在相同热压条件下，随着材料纯度提高，弯曲强度有下降的趋势，但致密化程度变化不大；②较高压力下可以促进六方氮化硼陶瓷的致密化程度。

因六方氮化硼是共价键结合难以烧结，为了在较低温度下合成六方氮化硼陶瓷，提高烧结活性和致密化程度，往往在热压烧结工艺中加入烧结助剂，如三氧化二硼、三氧化二铝、氧化钇、氮化硅、碳酸钙、氟化钙等。例如，刘志国以氮化硼细粉与少量添加物混合均匀，采用热压烧结法获得六方氮化硼烧结体，发现三氧化二硼的存在与否对制品性能影响很大。存在三氧化二硼时，制品容易致密，但对水的稳定性差；不存在三氧化二硼时，情况则相反。所以，对于相应的原料应适当加入结合剂或者在特殊气氛中进行高温处理。叶乃清等通过在物料中加入第二相三氧化二铝与氧化钇，发现三氧化二铝能与氧化钇反应形成Al5Y3O12和 YAlO3等钇铝氧化物，并且钇铝氧化物在高温条件下能够促进颗粒重排和物质的扩散迁移，进而促进氮化硼陶瓷的致密化程度。虽然添加剂能够提高致密化，但是后来发现它对使用性能有一定的消极影响，所以有人就对合成工艺进行改进，例如，L.克拉伦斯等采用热等静压法在氩气气氛条件下，不使用烧结助剂制备出密度为 2.21 g/cm3的高纯高致密六方氮化硼陶瓷，但是此法成本过高使其应用受到限制。

此外，由于单一的氮化硼材料太“软”，即使加入烧结助剂也不能使氮化硼性能最大的被利用，目前对h-BN陶瓷的研究大部分是加入了第二相，利用BN与其他材料复合在一起，制备出复合陶瓷，得到了综合性能更高的复合陶瓷材料，因此应用的范围更加宽广。