反應(yīng)燒結(jié)制備AlN-SiC復(fù)合材料工藝研究.pdf

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

2、,450℃起始加載至高溫保溫結(jié)束的熱壓反應(yīng)燒結(jié)工藝能夠獲得較高的AlN/SiC復(fù)合陶瓷材料致密程度,從而有效提高反應(yīng)制備的AlN-SiC陶瓷復(fù)合材料的抗彎強度和斷裂韌性。根據(jù)研究論證,在燒結(jié)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(chǎn)物的致密程度。而在一定的致密度下,終產(chǎn)物的結(jié)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(jié)同體系材料的結(jié)果,無壓燒結(jié)工藝設(shè)計成型溫度為750℃和室溫,在N2氣氛1

3、850℃保溫。經(jīng)對比,750℃真空20MPa載荷成型后經(jīng)無壓燒結(jié)可獲得致密度較高的無壓燒結(jié)AlN/SiC復(fù)合陶瓷材料。在致密度和力學(xué)性能方面,熱壓燒結(jié)設(shè)計工藝得到的AlN/SiC復(fù)合材料都優(yōu)于無壓燒結(jié)工藝結(jié)果。經(jīng)設(shè)計并實驗,在反應(yīng)原料基礎(chǔ)上預(yù)添30wt％的AlN,由450℃起始加載至1850℃保壓1.5h的熱壓工藝反應(yīng)制備的AlN-SiC陶瓷復(fù)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(dǎo)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(jié)果進行物相組成的分析,并對比反應(yīng)產(chǎn)物獲得一定反應(yīng)機理。發(fā)現(xiàn)了金屬Al熔融可率先和C反應(yīng)并使坯體具備一定的液相,為反應(yīng)的進行提供液相條件和場所,實驗驗證了燒結(jié)過程中的反應(yīng)過程,說明了高溫階段坯體晶粒骨架的形成以及高溫反應(yīng)完成后的燒結(jié)過程,同時探討了預(yù)添AlN情況下燒結(jié)機理的變化。
　　在論述并指