六方氮化硼陶瓷的致密化

1955年美國泰勒首次發(fā)表了用熱壓法燒結(jié)氮化硼的報告, 從二十世紀(jì)六、七十年代以來國外就已經(jīng)投入工業(yè)化生產(chǎn)；國內(nèi)方面，福州大學(xué)教授李敏超對氮化硼陶瓷熱壓燒結(jié)工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，從熱壓燒結(jié)工藝中的晶體形態(tài)、熱力學(xué)和動力學(xué)等角度進(jìn)行分析，認(rèn)為熱壓燒結(jié)致密化主要是塑性流動和原子擴(kuò)散的作用，并在此理論上對氮化硼粉末性能和添加劑進(jìn)行試驗和測試來揭示其對燒結(jié)性能的影響。而陳廣樂等進(jìn)一步對熱壓燒結(jié)制備的高純六方氮化硼的致密性進(jìn)行了研究，得到以下結(jié)論：①在相同熱壓條件下，隨著材料純度提高，彎曲強(qiáng)度有下降的趨勢，但致密化程度變化不大；②較高壓力下可以促進(jìn)六方氮化硼陶瓷的致密化程度。

因六方氮化硼是共價鍵結(jié)合難以燒結(jié)，為了在較低溫度下合成六方氮化硼陶瓷，提高燒結(jié)活性和致密化程度，往往在熱壓燒結(jié)工藝中加入燒結(jié)助劑，如三氧化二硼、三氧化二鋁、氧化釔、氮化硅、碳酸鈣、氟化鈣等。例如，劉志國以氮化硼細(xì)粉與少量添加物混合均勻，采用熱壓燒結(jié)法獲得六方氮化硼燒結(jié)體，發(fā)現(xiàn)三氧化二硼的存在與否對制品性能影響很大。存在三氧化二硼時，制品容易致密，但對水的穩(wěn)定性差；不存在三氧化二硼時，情況則相反。所以，對于相應(yīng)的原料應(yīng)適當(dāng)加入結(jié)合劑或者在特殊氣氛中進(jìn)行高溫處理。葉乃清等通過在物料中加入第二相三氧化二鋁與氧化釔，發(fā)現(xiàn)三氧化二鋁能與氧化釔反應(yīng)形成 Al5Y3O12和 YAlO3等釔鋁氧化物，并且釔鋁氧化物在高溫條件下能夠促進(jìn)顆粒重排和物質(zhì)的擴(kuò)散遷移，進(jìn)而促進(jìn)氮化硼陶瓷的致密化程度。雖然添加劑能夠提高致密化，但是后來發(fā)現(xiàn)它對使用性能有一定的消極影響，所以有人就對合成工藝進(jìn)行改進(jìn)，例如，L.克拉倫斯等采用熱等靜壓法在氬氣氣氛條件下，不使用燒結(jié)助劑制備出密度為 2.21 g/cm3的高純高致密六方氮化硼陶瓷，但是此法成本過高使其應(yīng)用受到限制。

此外，由于單一的氮化硼材料太“軟”，即使加入燒結(jié)助劑也不能使氮化硼性能最大的被利用，目前對h-BN陶瓷的研究大部分是加入了第二相，利用BN與其他材料復(fù)合在一起，制備出復(fù)合陶瓷，得到了綜合性能更高的復(fù)合陶瓷材料，因此應(yīng)用的范圍更加寬廣。