液相烧结h-BN基复合陶瓷的显微结构及性能

【作者】 段小明； 刘沅明； 张志豪； 贾德昌；

【机构】 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院特种陶瓷研究所；

【摘要】 以Y₂O₃、AlN为烧结助剂,通过调节烧结助剂的成分配比和烧结助剂的含量,以及将粉体进行机械合金化,采用热压烧结的方法成功制备了h-BN基复合陶瓷。利用XRD、SEM等分析手段表征了材料的物相以及微观形貌;利用力学万能试验机研究了h-BN陶瓷的力学性能;利用闪光法导热分析仪分析了材料的室温以及高温热扩散系数。研究表明:在改变烧结助剂成分的情况下,当烧结助剂的成分为Y₂O₃:AlN=2:2时,复合陶瓷中h-BN晶粒发育最充分,也具有最优的力学、热学性能,其抗弯强度达144MPa,弹性模量为58.5GPa,断裂韧性为1.7 MPa·m^1/2。在改变烧结助剂含量情况下,复合陶瓷的力学性能呈现先降低后升高的趋势,纯h-BN陶瓷的抗弯强度为90MPa,弹性模量为108.2GPa,断裂韧性为1.11 MPa·m^1/2;当烧结助剂含量为10%时,其抗弯强度、弹性模量、断裂韧性分别为纯的h-BN陶瓷的21%、10%、37%;当烧结助剂含量为40%时,其抗弯强度、弹性模量、断裂韧性分别为纯的h-BN的170%、51%、200%。在将BN-Y₂O₃-AlN混合粉末机械合金化处理再烧结后,其力学性能呈现先增加后下降再继续上升的趋势,经机械合金化的纯h-BN陶瓷的抗弯强度为77.2MPa,弹性模量为14GPa,断裂韧性为1.7 MPa·m^1/2;当烧结助剂含量为10%时,其抗弯强度、弹性模量、断裂韧性分别为经机械合金化的纯h-BN陶瓷的143%、342%、65%,当烧结助剂含量为40%时,具有最高的力学性能,分别为经机械合金化的纯h-BN陶瓷的212%、339%、147%,为纯的h-BN陶瓷的182%、44%、227%。本文中h-BN陶瓷在不经过机械合金化时,其烧结过程中均在垂直于热压方向的平面上形成（002）织构;然而,当原始混合粉体经过机械合金化24h时,若烧结助剂含量为0、10%,其垂直于热压方向的平面上形成了（100）织构;其余烧结助剂含量的h-BN陶瓷则依旧形成（002）织构。由此表明,在不同原始粉末粒径以及不同烧结助剂含量时,h-BN陶瓷在垂直于热压方向的平面上具有不同的晶面生长机制。更多还原