热压烧结BN基复合陶瓷的力学与物理性能

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiazaiyigeshishi
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本文以h-BN陶瓷作为基体材料,加入不同含量和尺寸的SiO2、AlN或Si3N4作第二相,采用热压烧结工艺制备了一系列BN基复合陶瓷,利用XRD、SEM和TEM等分析手段及万能实验机、激光热导仪等设备,全面分析了第二相种类及颗粒尺寸对BN基复合陶瓷微观组织,力学,热学及介电性能的影响,拟为防热透波一体化陶瓷材料与构件的研制开发提供参考。结果表明,热压烧结制备出的一系列BN基复合陶瓷中,SiO2以非晶态的形式与AlN或Si3N4稳定的存在于基体中,h-BN呈片状分布,交叉堆叠形成卡片房式结构。该系列材料的致密度在70.1%~92.5%之间变化,纯BN的致密度反而最高,达到92.5%,在本文热压烧结条件下,引入的第二相分布于基体中,阻碍了复合陶瓷的致密化。第二相颗粒尺寸的减小降低复合陶瓷的致密度。BN基复合陶瓷的抗弯强度和弹性模量与材料的致密度保持了一致的变化趋势,而由于AlN颗粒的增韧作用,使复合引入AlN和SiO2的复合陶瓷断裂韧性超过基体BN,达到1.56MPa·m1/2。第二相颗粒尺寸的减小不同程度提高了复合陶瓷的抗弯强度和断裂韧性,该系列材料的抗弯强度和断裂韧性最高达到136.9MPa和1.68MPa·m1/2,但对弹性模量的影响不大。随着温度的升高,BN基复合陶瓷的等压热容单调递增,而热扩散系数和热导率单调递减。在同一温度下,第二相的引入使复合陶瓷的等压热容,热扩散系数和热导率降低。第二相颗粒尺寸的减小有利于降低复合陶瓷的热导率。BN基复合陶瓷的热膨胀系数随温度的升高单调递增,在同一温度下,同时引入AlN或Si3N4及SiO2作第二相的复合陶瓷的热膨胀系数较高。四种材料的平均线热膨胀系数在1.2~2.0×10-6·K-1区间变化。在低温区域,复合陶瓷出现了负膨胀,这为材料具有良好的抗热震性提供保证。第二相颗粒尺寸的减小有利于降低材料的热膨胀系数。BN基复合陶瓷的介电常数和介电损耗正切随频率的变化基本保持定值,在同一频率下,第二相的引入使复合陶瓷的介电常数减小,在4.2~5.1之间变化。介电损耗正切的变化趋势与介电常数相反,但均在10-3数量级上。第二相颗粒尺寸的减小,降低了复合陶瓷的介电常数,反而增大了材料的介电损耗正切。
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