六方氮化硼陶瓷的制备和性能研究

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六方氮化硼陶瓷具有优异的高温稳定性和高的导热系数以及优异的抗热震性,作为结构和功能材料在高温下有着广泛的应用,特别是作为非晶合金宽带陶瓷喷嘴以及薄带连铸侧封板,六方氮化硼陶瓷被认为是制备此类部件的最优材料。然而,由于六方氮化硼陶瓷具有稳定的化学性质,导致其很难烧结致密,目前均采用热压烧结(HP)或放电等离子烧结(SPS)工艺制备高性能六方氮化硼陶瓷。即使如此,单纯的热压烧结或SPS不能生产出高性能的六方氮化硼陶瓷,而烧结助剂的存在对六方氮化硼陶瓷的高温稳定性有严重的负面影响。目前制备的六方氮化硼陶瓷性能远不足以令人满意,相关行业迫切需求高性能的六方氮化硼陶瓷。我们分别研究在微米级六方氮化硼粉体中引入纳米级六方氮化硼粉体和立方氮化硼粉体,添加适量碳化硅颗粒的方式热压烧结来制备六方氮化硼陶瓷。首先采用在微米级六方氮化硼中引入纳米级六方氮化硼以及碳化硅粉体,通过热压烧结的方式制备一种高密度、高性能的六方氮化硼陶瓷材料。作者首先通过在微米级六方氮化硼粉体中引入纳米级六方氮化硼以及碳化硅粉体,在烧结过程中,纳米级粉体填充在微米级六方氮化硼的孔隙中,且充分紧密结合,从而得到致密度为97.7%的六方氮化硼陶瓷,其弯强度和抗压强度分别达到了170.13MPa和265.93MPa。其次作者还根据立方氮化硼烧结相变的原理,在微米级六方氮化硼粉体中引入纳米级立方氮化硼和碳化硅粉体。在烧结过程中,立方氮化硼颗粒转化为六方相的氮化硼洋葱且伴随体积膨胀,从而填充六方氮化硼孔隙,在50MPa的烧结压力下,当碳化硅含量为10wt%时,所制备的六方氮化硼陶瓷具有最佳的性能。其中致密度为91.1%,抗弯强度和抗压强度为84.77MPa和129.16MPa。本工作通过选择六方氮化硼粉末的最佳颗粒级配组成,即微米级和纳米级的质量比,研究了碳化硅颗粒对六方氮化硼复合材料的微观结构演变、力学性能和抗熔体侵蚀性的影响。
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