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低溫制備高致密高強度六方氮化硼陶瓷

http://www.freeoye.com   來源:網絡  日期:2019/03/19

低溫制備高致密高強度六方氮化硼陶瓷

六方氮化硼(h-BN)陶瓷是一種重要的工程材料,具有熱導率高、熱膨脹系數小、抗熱震性好、耐高溫、耐腐蝕、機械加工性能和電絕緣性能好等眾多優點,在冶金、電子、化工等領域有著廣闊的應用前景。

然而,純六方氮化硼是很難燒結的,其與石墨類似的層狀結構,難以密集堆疊;以及熔點高、共價鍵強等物理特性,使其在常規條件下難以燒結致密化。為促進致密化,通常摻入燒結助劑(如B2O3、Y2O3)來降低燒結溫度。但是加入燒結助劑后會影響氮化硼陶瓷的綜合性能(如表一)。常壓燒結工藝難以制備高度致密的氮化硼基復合陶瓷,故目前通常采用熱壓燒結工藝,同時添加燒結助劑,此類方法燒結溫度高(>2000℃),工藝時間長(>4小時)。這些都增加了氮化硼陶瓷的制備成本,阻礙了氮化硼陶瓷在高溫承載、防熱透波、金屬冶煉等工程領域的進一步應用。

近日,有研究小組報道了一種低溫燒結高強度六方氮化硼的方法。在較低的制備溫度(1700℃)下,通過自致密化機理制備高致密度氮化硼陶瓷(致密度最高可達97.6%)。研究人員將立方氮化硼(c-BN)顆粒摻入六方氮化硼(h-BN)片狀粉末中,以立方氮化硼作為燒結助劑和增強劑,利用立方氮化硼在燒結過程中(>1400℃)向BN onions(一種h-BN同心圓結構)轉變而伴隨明顯體積膨脹的特點,填充六方氮化硼薄片間的空隙,同時減小h-BN的自擴散距離,使其高度致密化。利用這種方法獲得的致密氮化硼陶瓷的強度是傳統氮化硼陶瓷強度的2-3倍。

在力學性能測試中,添加了立方氮化硼顆粒制備的氮化硼陶瓷的抗壓強度明顯高于傳統純h-BN陶瓷。并且隨著原組分中立方氮化硼顆粒所占比重的增加,高強度氮化硼陶瓷(HSHBN)的楊氏模量和硬度也隨之增加。

高強度氮化硼陶瓷(HSHBN)的力學性能

總而言之,這為氮化硼陶瓷的制備提供了一條新的路線,即通過以立方氮化硼作為燒結助劑,在較低溫度下(1700℃)成功制備出高強度的氮化硼陶瓷。同時也為其他陶瓷的制備工藝提供的了新的參考。

 
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