中國粉體網(wǎng)訊  近年來，隨著航空航天技術(shù)的快速發(fā)展，人們不僅要求材料具有高強度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗熱震、耐氧化、耐酸堿腐蝕等，還要求盡量減輕材料的自重，以盡可能降低燃料消耗。相比傳統(tǒng)的高溫金屬結(jié)構(gòu)材料，先進(jìn)陶瓷材料具備低密度、高強度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)點，可以用于制造一些金屬材料和高分子材料無法勝任的高溫結(jié)構(gòu)部件，從而推動了陶瓷材料的進(jìn)一步發(fā)展。

（高導(dǎo)熱氮化硅基片，來源：中材高新）

在這些先進(jìn)的陶瓷材料中，氮化硅陶瓷因在高溫下仍具有高強度、高硬度、耐磨損以及耐腐蝕等優(yōu)良性能，已成為航空航天、高溫發(fā)動機等高科技領(lǐng)域較為合適的候選材料。但氮化硅作為一種共價鍵結(jié)合的化合物，存在熱導(dǎo)率低，抗熱震性較差等缺點，嚴(yán)重制約了其應(yīng)用。為解決該問題，科研工作者從氮化硅原料、燒結(jié)助劑種類、燒結(jié)工藝等方面探索改善氮化硅陶瓷的熱導(dǎo)率和抗熱震性。此外，研究者還發(fā)現(xiàn)，通過引入添加劑也可以有效地改善氮化硅陶瓷的熱導(dǎo)率和抗熱震性。AlN因具有熱導(dǎo)率高和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，可以作為添加劑使用。目前，利用AlN做添加劑來改善氮化硅陶瓷的熱導(dǎo)率和抗熱震性的研究較少，且不同燒結(jié)工藝和燒結(jié)助劑對其性能的影響明顯不同。因此，非常有必要進(jìn)一步探索AlN對氮化硅陶瓷性能的影響。

張琳以氮化鋁和氮化硅微粉為主要原料，制得AlN/Si₃N₄復(fù)合陶瓷。實驗發(fā)現(xiàn)，在AlN/Si₃N₄復(fù)合陶瓷中，當(dāng)AlN添加量范圍為5-30wt.%時，隨著AlN添加量增加，熱導(dǎo)率先提高后下降，當(dāng)AlN添加量為20wt.%時，復(fù)合材料的相對密度達(dá)96.3%，抗彎強度為356MPa，熱導(dǎo)率達(dá)到34W/（m·k）。

宋歌等以d₅₀=0.5μm的α-Si₃N₄為原料，AlN（d₅₀=1μm）為添加劑，Y₂O₃和MgO（d₅₀=5μm，d₅₀=10μm）為燒結(jié)助劑，利用無壓燒結(jié)法制備了氮化硅陶瓷，研究了AlN添加量（w）分別為0、5%、10%、15%和20%時對氮化硅陶瓷試樣顯微結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明，AlN促進(jìn)了氮化硅陶瓷中α-SiAlON相和β-SiAlON相的生成，并隨著AlN含量的增加，部分β-SiAlON相向α-SiAlON相轉(zhuǎn)變。此外，氮化硅陶瓷的相對密度、熱導(dǎo)率和抗熱震性能隨著AlN含量的增加先升高后降低；當(dāng)AlN含量為15%（w）時，氮化硅陶瓷的綜合性能最佳，相對密度為97.14%，熱導(dǎo)率為39.1W·(m·K)^-1，熱震殘余強度為224MPa。

參考來源：

[1]宋歌等.AlN添加量對氮化硅陶瓷顯微結(jié)構(gòu)和性能的影響

[2]張琳.高熱導(dǎo)率AlN/Si3N4復(fù)合陶瓷材料制備技術(shù)及性能研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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