[發明專利]一種立方氮化硼相變增強的氮化鋁/氮化硼復合陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 202210703501.0
• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN114874019B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 徐智凱;古思勇;張厚安;李濤;麻季冬;黨偉;陳超賢
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: C04B35/71
• 分類號: C04B35/71;C04B35/581;C04B35/622;C04B35/645
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 劉小勤

本發明涉及一種立方氮化硼相變增強的氮化鋁/氮化硼復合陶瓷及其制備方法，包括：S10將氮化鋁粉末、立方氮化硼粉末和六方氮化硼粉末混合形成漿料；S20將所述漿料干燥形成復合粉末；S30將所述復合粉末進行熱壓燒結形成氮化鋁/氮化硼陶瓷。本發明以氮化鋁、立方氮化硼和六方氮化硼為原料，利用高溫燒結過程中，立方氮化硼將相變為洋蔥結構的六方氮化硼，避免引入第二相雜質，同時伴隨明顯的體積膨脹效應，使氮化鋁/氮化硼復合陶瓷的致密度和力學性能得到有效提高，各向異性顯著減少，氮化鋁/氮化硼復合陶瓷擁有優異的力學性能，可解決現有的氮化鋁/氮化硼復合陶瓷致密度較低、強度不高和各向異性明顯等問題。

技術領域

本發明涉及高導熱功能陶瓷材料技術領域，一種立方氮化硼相變增強的氮化鋁/氮化硼復合陶瓷及其制備方法。

背景技術

氮化鋁陶瓷由于其優異的性能在集成電路、半導體微波器件和蒸發舟等高技術領域有著廣泛應用前景。由于氮化鋁的脆性高，常規形狀的氮化鋁制品一般通過數控加工(CNC)獲得，一些特殊形狀的氮化鋁產品則需要復雜成形模具并結合注射成形技術等復雜的成形技術才能獲得，這無疑是大大增加了氮化鋁陶瓷的生產成本。因此，減少氮化鋁陶瓷成形成本與加工成本是降低其生產成本價格的重要環節。

目前，通過向氮化鋁基體中引入適量的氮化硼形成AlN/BN復合陶瓷可顯著改善陶瓷制品可加工性能。通常采用熱壓燒結技術可批量制備出AlN/BN復合陶瓷塊體，再根據客戶需求采用車銑刨磨等傳統機械加工方法，可直接加工出特定形態的AlN/BN復合陶瓷制品，這可大大降低陶瓷制品的加工成本，產生很好的經濟效益。目前，AlN/BN復合陶瓷中的氮化硼通常來源為層狀結構的六方氮化硼(h-BN)，h-BN獨特性能對改善加工性能起到決定性作用，但h-BN的片層結構會容易堆砌形成孔隙，使得燒結過程中難以實現致密化，AlN/BN復合陶瓷存在較多的孔隙缺陷，致密度不高，導致其力學性能和熱導率仍偏低。

為解決上述問題，一般采用先進的燒結技術和添加燒結助劑等方式進行改善，SPS燒結是新近發展起來的一種致密化技術，能夠在很短的時間內實現燒結體的高度致密化，但該方法無法實現批量生產。向AlN/BN復合陶瓷中引入氧化釔(Y₂O₃)作為燒結助劑，可有效提高AlN/BN復合陶瓷的致密度和熱導率，但增加了第二相Y₂O₃雜質，無法達到對純度要求高的領域的應用要求。另外，AlN/BN復合陶瓷通常采用熱壓燒結技術進行制備，由于氮化硼為層狀結構，施加壓力過程中使層狀氮化硼垂直于壓力方向排列，造成AlN/BN復合陶瓷不同方向的性能有差異(即各向異性)。因此，尋求一種高致密AlN/BN復合陶瓷的制備方法，減小各向異性和保持高純度，將有利于進一步拓展AlN/BN復合陶瓷的應用領域。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有的氮化鋁/氮化硼復合陶瓷存在的性能各向異性問題，提供一種立方氮化硼相變增強的氮化鋁/氮化硼復合陶瓷的制備方法，采用立方氮化硼(c-BN)作為相變增強相，利用c-BN在高溫燒結過程中將相變為h-BN的特性和同時伴隨明顯的體積增加效應的技術思路，制備出高性能AlN/BN復合陶瓷。

發明人認為，現有的AlN/BN復合陶瓷中，六方氮化硼片層結構在燒結過程中會相互堆砌而形成孔隙，阻礙燒結致密化，導致AlN/BN復合陶瓷的致密度、力學性能和熱導率等較低。同時，在常規熱壓燒結方法中，采用一步燒結，形成的六方氮化硼的片層結構會導致AlN/BN復合陶瓷力學性能和熱導性能出現各向異性，不利于整體性能的發揮。而且，由于六方氮化硼存在的燒結惰性，單純采用六方氮化硼作為原料，使得現有制備方法的燒結溫度高，導致AlN/BN復合陶瓷的晶粒較粗大，力學性能較低。

針對上述問題，本發明本發明提供一種立方氮化硼相變增強的氮化鋁/氮化硼復合陶瓷及其制備方法，采用立方氮化硼(c-BN)作為相變增強相，利用立方氮化硼高溫下的轉變為六方氮化硼，同時伴隨體積膨脹效應，產生明顯的強化效果。