BN織構(gòu)陶瓷的制備與性能研究.pdf

1、本文以六方氮化硼和莫來石為原料,采用熱壓燒結(jié)工藝制備了具有明顯晶粒取向的h-BN基復(fù)合陶瓷,并研究了BN原料、晶粒生長、熱壓壓力、莫來石含量以及壓片工藝對晶粒取向的影響。利用極圖和ODF函數(shù)分析了織構(gòu)的組成、體積含量以及散漫程度,用SEM、TEM手段觀察了陶瓷的微觀形貌,利用萬能試驗機、熱膨脹儀、導(dǎo)熱分析儀、介電儀研究了氮化硼復(fù)合陶瓷各向異性的力學(xué)、熱學(xué)和介電性能。
　　研究表明,h-BN晶粒的幾何特征極大地影響了晶粒的取向程度,

2、晶體的生長對晶粒的定向排布有著消極影響。燒結(jié)壓力對晶粒的偏轉(zhuǎn)和定向起到了決定性的作用,燒結(jié)壓力增大,織構(gòu)的體積含量變大,散漫度減小。適當(dāng)提高莫來石含量可以提高材料的取向度。壓片工藝則使得晶粒的排布更為均勻一致。
　　通過極圖、ODF分析和形貌觀察得出,熱壓燒結(jié)得到的h-BN陶瓷基復(fù)合陶瓷的(002)晶面趨向于垂直熱壓方向排列,形成(002)基面纖維織構(gòu)。在燒結(jié)壓力為30MPa,燒結(jié)溫度1900℃,保溫時間為1h時,得到的材料的(0

3、02)基面織構(gòu)的體積含量最多,偏離理想取向±15?范圍內(nèi)的體積含量達到了72.8％,散布寬度為13.66?。
　　對陶瓷的力學(xué)性能研究表明,材料出現(xiàn)了明顯的各向異性的力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)加載方向平行于 BN片層方向時,材料的抗彎強度和斷裂韌性很差,僅為21MPa和0.5MPam1/2。而當(dāng)加載方向垂直于熱壓方向和BN片層方向時,材料的抗彎強度和斷裂韌性較高,對于30%莫來石含量,20MPa熱壓燒結(jié)的BN陶瓷分別達到了113MPa和2.8

4、MPam1/2。當(dāng)加載方向平行于熱壓方向時,由于裂紋的偏轉(zhuǎn)扭折,材料的斷裂呈現(xiàn)出偽塑性斷裂的特征。
　　h-BN陶瓷的熱學(xué)性能呈現(xiàn)各向異性的特征,h-BN陶瓷在平行于熱壓方向的熱膨脹系數(shù)為正,在垂直于熱壓方向的熱膨脹系數(shù)為負值。對于20%莫來石含量,20MPa熱壓燒結(jié)的BN陶瓷在1200℃的平均線膨脹系數(shù)值分別為7.93×10-6K-1和-1.3247×10-6K-1。室溫?zé)釋?dǎo)率測試表明,30%莫來石含量,20MPa熱壓燒結(jié)的BN