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《AlNBN復(fù)相陶瓷的SPS制備及導(dǎo)熱性能的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、摘要曼量m,,II
2、=一l,．Iz,／II——II曼曼曼曼曼葛摘要AIN陶瓷具有優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能，良好的電絕緣性、與硅相匹配的熱膨脹系數(shù)，以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫耐腐蝕等突出優(yōu)點，是一種集結(jié)構(gòu)、功能于一體綜合性能優(yōu)良的陶瓷材料，已引起電子材料專家的充分重視。近年來，隨著器件高性能化和小型化應(yīng)用的不斷深入，作為大功率集成電路的基板和散熱器件候選材料的AIN陶瓷來說，改善其固有脆性，提高其可加工性逐漸受到重視。而BN復(fù)相陶瓷的研究也因其良好的可加工性能而蓬勃興起。于是，具有高熱導(dǎo)率和可加工性的A1N／BN復(fù)相陶
3、瓷越來越受到研究者的關(guān)注。但目前存在的問題是：AIN／BN復(fù)相陶瓷的燒結(jié)非常困難。無壓燒結(jié)A1N／BN復(fù)相陶瓷可以達到的致密度化，但制備條件苛刻，力學(xué)性能不高。熱壓燒結(jié)，采用高溫長時間燒結(jié)使燒結(jié)體致密度高，A1N晶粒充分長大，晶界數(shù)量減少。但是，熱壓燒結(jié)√刪／BN陶瓷在顯微結(jié)構(gòu)和性能上存在各向異性，粗化的顯微組織會顯著劣化材料的導(dǎo)熱性能。本文采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)(SPS)制備燦N／BN復(fù)相陶瓷，同時根據(jù)BN含量不同調(diào)整燒結(jié)助劑Y203的添加劑。在極大提高燒結(jié)效率的同時，提高材料抗彎強度，有效減緩因引入BN對復(fù)
4、相陶瓷導(dǎo)熱性能的劣化，實現(xiàn)了材料綜合性能的統(tǒng)一。研究了晶粒起始尺寸和燒結(jié)助劑添加量對A1N陶瓷相組成、顯微結(jié)構(gòu)以及性能的影響。重點研究了A1N／BN復(fù)相陶瓷顯微結(jié)構(gòu)和性能的影響因素。通過燒結(jié)工藝和燒結(jié)助劑添加量的改變調(diào)整A1N／BN的顯微結(jié)構(gòu)，使其在提高可加工性的同時，保持較高力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能。SPS制備單相AIN陶瓷，燒結(jié)溫度在1800℃，保溫時間10min，樣品相對密度可達98．5％以上，硬度約11．5Crpa，抗彎強度在300MPa以上。A1N起始粒徑尺寸和燒結(jié)助劑添加量，但對材料的顯微結(jié)構(gòu)和導(dǎo)熱性能有
5、顯著影響。起始粒徑為1．3I．tm的A1N粉末添加3wt％Y203的試樣，熱導(dǎo)率達到148W／m·k。A1N粉末的起始粒徑和Y203的添加量影響A1N的晶體發(fā)育、晶界相的分布，從而影響熱導(dǎo)率。AIN／BN復(fù)相陶瓷在SPS(1600．1800'c)的制備條件下可以快速致密，BN含量在5-30v01％范圍內(nèi)，致密度均達到98％以上。材料的硬度則隨著BN含量的增加而線性降低，從而改善可加工性，BN含量達到10v01％時，復(fù)相陶瓷的硬度己低于硬質(zhì)合金刀具的硬度，從而可以機械加工。BN含量在10v01％時，晶粒細化增韌的
6、作用遠遠大于弱相劣化作用，復(fù)相陶瓷的強度較A1N單相陶瓷有較大提高，繼續(xù)增加含量至25v01％，強度呈下降趨勢，但仍比單相陶瓷強度高。北京TqI：大學(xué)工學(xué)碩{‘學(xué)位論文BN含量達到5v01％以上時，復(fù)相陶瓷的熱導(dǎo)率較單相A1N陶瓷明顯降低，在15v01％一25v01％的范圍內(nèi)，熱導(dǎo)率表現(xiàn)出相對穩(wěn)定的變化趨勢，下降幅度變緩。第二相BN的起始粒徑尺寸對復(fù)相陶瓷的顯微組織結(jié)構(gòu)和導(dǎo)熱性能有顯著影響。BN起始顆粒尺寸過小，顯微結(jié)構(gòu)中的團聚現(xiàn)象明顯，不利于熱導(dǎo)率的優(yōu)化。進一步研究A1N／BN復(fù)相陶瓷熱導(dǎo)率的影響因素并對其進
7、行優(yōu)化。根據(jù)BN的具體含量調(diào)整燒結(jié)助劑Y203的添加量，探討燒結(jié)溫度和保溫時間，可以調(diào)控復(fù)相陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)，有效提高復(fù)相陶瓷熱導(dǎo)率。BN含量為15v01％，Y203添加劑為8wt％時，燒結(jié)溫度1800℃，保溫時間10min，獲得熱導(dǎo)率141W／m·k，可加工性優(yōu)異的復(fù)相陶瓷。本文采用SPS制備的A1N／BN復(fù)相陶瓷所獲得的高熱導(dǎo)率己遠遠超過國內(nèi)外采用熱壓燒結(jié)制備的A1N／BN復(fù)相陶瓷的最高水平，而且擁有同樣優(yōu)異的可加工性能和力學(xué)強度。而借助SPS可以在實現(xiàn)A1N／BN復(fù)相陶瓷快速致密化基礎(chǔ)上進行相組成及顯微組織
8、的調(diào)控。SPS工藝的燒結(jié)溫度要比熱壓燒結(jié)工藝的燒結(jié)溫度(1850．1900℃)低100-200℃，SPS的保溫時間也較熱壓燒結(jié)的保溫時間1．3h大大縮短，極大地提高了燒結(jié)效率。這對于A1N／BN可加工復(fù)相陶瓷的高性能、高效率制備和應(yīng)用有重要的意義。關(guān)鍵詞氮化鋁；氮化硼；放電等離子燒結(jié)；熱導(dǎo)率；可加工性ABSTRACTA1Nisahi曲一performanceceramicsmaterialsintegratedstructureandfunction，becauseofexcellentpropertiessu
9、chashi曲thermalconductivity,goodelectricalinsulation．toe筋cientofthermalexpansionmatchedwithsilicon，andchemicalstability,hightemperaturecorrosionresistance，etc．Ithasattractedattentionofmaterialexp
