AlN-BN复相陶瓷的制备与性能研究

发布时间：2017-06-27 10:11

  本文关键词：AlN-BN复相陶瓷的制备与性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文主要以A1N和BN粉为原料,无烧结助剂,采用热压烧结(HP)和热等静压烧结(HIP)成功制备出了A1N和AlN-BN复相陶瓷,主要研究了烧结温度、所施压强和BN含量对AlN-BN复相陶瓷显微结构和性能的影响。并确立了能预测热等静压制备的AlN-BN复相陶瓷热导率和体积电阻率的两相复合模型。采用HP方法制备出的A1N和AlN-BN复相陶瓷的研究结果表明：复相陶瓷由纯净的AIN和BN组成。当BN含量相同时,随着烧结温度越高,其相对密度、热导率、体积电阻率和硬度越高,而质量磨损率和平均摩擦系数减小。随着BN含量的不断增加,晶粒逐渐发育完善,AlN-BN复相陶瓷的相对密度也随之增加。但是nAlN:nBN=50:50时,BN交叉堆积明显,疏松多孔,不利于材料致密。随着BN的增加,硬度和热导率逐渐下降,体积电阻率、质量磨损率和平均摩擦系数增大。在1700℃、保温1h的烧结工艺下能制备出nAlN:nBN=75:25相对密度为95.58%,热导率为58.13 W/(m.K),体积电阻率7.32×1014Ω.cm的AlN-BN复相陶瓷。采用HIP烧结制备出的AlN-BN复相陶瓷研究表明：当BN含量相同时,随着烧结温度和压强的升高,复相陶瓷的相对密度、热导率、体积电阻率和硬度提高,质量磨损率和平均摩擦系数减小。HIP烧结温度对AlN-BN复相陶瓷的致密化比压强作用更为显著。热等静压的高压强可以有效打破BN的“卡片式”结构,使得BN的添加量对材料的烧结致密化进程影响不大,硬度和热导率随着BN的添加量增加而逐渐下降,体积电阻率、质量磨损率和平均摩擦系数增大。在1550℃、90MPa、保温3h的热等静压工艺下,可以制备出nAlN:nBN=75:25相对密度达98.03%,热导率为77.29W/(m.K), 体积电阻率1.35×1015Ω.cm的AlN-BN复相陶瓷。根据复相陶瓷的两相复合模型：λcom=λ2(1-F)(1-φ)(λ2-λ1)/λ2(λ1+F(1-φ)(λ2-λ1))计算得到的复相陶瓷的热导率和电导率(电阻率)的理论值与实际测量结果较为符合,可以较为准确地预测HIP制备的AlN-BN复相陶瓷的热导率和体积电阻率。
【关键词】：AlN-BN复相陶瓷 热压 热等静压 热导率 体积电阻率 复合模型
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要6-7
• abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 引言12
• 1.2 AlN的性能及应用12-14
• 1.3 BN的性能及应用14-15
• 1.4 AlN-BN复相陶瓷的制备15-19
• 1.4.1 无压烧结16-17
• 1.4.2 反应烧结17-18
• 1.4.3 热压烧结(HP)18
• 1.4.4 放电等离子烧结(SPS)18
• 1.4.5 热等静压烧结(HIP)18-19
• 1.5 复合材料的复合模型19-20
• 1.6 AlN-BN复相陶瓷的研究现状20-21
• 1.7 本文的研究目的、意义及主要研究内容21-24
• 1.7.1 研究目的和意义21-22
• 1.7.2 主要研究内容22-24
• 第二章 材料制备及测试表征方法24-35
• 2.1 实验材料24-26
• 2.2 实验方案26-28
• 2.2.1 原料制备工艺26
• 2.2.2 制备AlN-BN复相陶瓷的烧结方法26-28
• 2.3 实验仪器设备28-30
• 2.3.1 热压烧结设备28-29
• 2.3.2 热等静压烧结设备29
• 2.3.3 其他设备29-30
• 2.4 材料性能及分析测试方法30-35
• 2.4.1 密度测定30
• 2.4.2 材料的硬度测定30-31
• 2.4.3 电阻率测定31-32
• 2.4.4 热导率测定32-33
• 2.4.5 摩擦磨损性能测试33-34
• 2.4.6 XRD射线衍射分析34
• 2.4.7 SEM和EDS分析34-35
• 第三章 AlN-BN复相陶瓷的HP制备及性能研究35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 烧结试样物相分析35-36
• 3.3 烧结温度对不同BN含量的AlN-BN复相陶瓷致密化影响36-37
• 3.4 烧结温度对不同BN含量的AlN-BN复相陶瓷硬度的影响37-38
• 3.5 微观结构形貌分析38-40
• 3.5.1 热压烧结温度对微观结构的影响38-39
• 3.5.2 BN含量对微观结构的影响39-40
• 3.6 烧结温度对不同BN含量的AlN-BN复相陶瓷热导率的影响40-41
• 3.7 烧结温度对不同BN含量AlN-BN复相陶瓷体积电阻率的影响41-42
• 3.8 烧结温度对AlN-BN复相陶瓷摩擦性能的影响42-44
• 3.8.1 烧结温度对摩擦系数的影响42-43
• 3.8.2 BN含量对AlN-BN复相陶瓷磨损率的影响43-44
• 3.9 本章小结44-45
• 第四章 AlN-BN复相陶瓷HIP制备及性能研究45-59
• 4.1 引言45
• 4.2 热等静压烧结AlN-BN复相陶瓷的物相分析45-46
• 4.3 烧结工艺对AlN-BN复相陶瓷致密化的影响46-47
• 4.4 烧结工艺对AlN-BN复相陶瓷硬度的影响47-48
• 4.5 AlN-BN复相陶瓷的断口形貌图48-51
• 4.6 HIP制备AlN-BN复相陶瓷的热导率51-53
• 4.7 AlN-BN复相陶瓷的体积电阻率53-54
• 4.8 AlN-BN复相陶瓷材料的摩擦磨损性能54-57
• 4.8.1 AlN-BN复相陶瓷的质量磨损率54-55
• 4.8.2 AlN-BN复相陶瓷的摩擦系数55-56
• 4.8.3 AlN-BN复相陶瓷的磨痕微观结构形貌56-57
• 4.9 本章小结57-59
• 第五章 AlN-BN复相陶瓷热导率和电阻率模型探讨59-67
• 5.1 复相陶瓷两相体系模型及理论方程59
• 5.2 AlN-BN复相陶瓷两相体系热导率模型讨论59-63
• 5.2.1 HP不同密度AlN-BN复相陶瓷的热导率59-60
• 5.2.2 HIP不同相对密度AlN-BN复相陶瓷的热导率60-62
• 5.2.3 AlN-BN复相陶瓷热导率复合模型讨论62-63
• 5.3 AlN-BN复相陶瓷两相体系体积电阻率模型讨论63-66
• 5.3.1 HP不同密度AlN-BN复相陶瓷的体积电阻率63-64
• 5.3.2 HIP不同相对密度AlN-BN复相陶瓷的体积电阻率64-65
• 5.3.3 AlN-BN复相陶瓷体积电阻率复合模型讨论65-66
• 5.4 本章小结66-67
• 结论67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果77

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 阚艳梅,靳喜海;复相陶瓷的内在增韧机制及其影响因素[J];陶瓷学报;1998年04期

2 辜萍,傅正义,王为民;复相陶瓷的制备与研究[J];武汉工业大学学报;1999年02期

3 樊宁,艾兴,邓建新,高子辉;复相陶瓷材料力学性能的仿真预测[J];济南大学学报(自然科学版);2002年02期

4 邵刚勤,段兴龙,袁润章;纳米陶瓷、复相陶瓷及纳米复相陶瓷[J];材料科学与工艺;2003年02期

5 周振君;郭艳杰;杨正方;;四方氧化锆多晶/氧化铝(板晶)复相陶瓷的摩擦磨损性能研究[J];摩擦学学报;2007年02期

6 林旭平;马景陶;张宝清;邓雪萌;;Y-Ce-TZP/Al_2O_3复相陶瓷空气环境下退火的相变行为[J];稀有金属材料与工程;2007年S1期

7 刘国全;王巍;谢志鹏;;制备CoAl_2O_4/ZrO_2复相陶瓷及微观结构[J];稀有金属材料与工程;2008年S1期

8 陈建华;陆洪彬;冯春霞;李文丹;单月圆;;Al_2TiO_5-Al_2O_3复相陶瓷的研究[J];常熟理工学院学报;2008年02期

9 唐会毅;朱德贵;刘博;孙红亮;;Ti_3SiC_2-64vol%SiC复相陶瓷高温氧化机理研究[J];无机材料学报;2009年04期

10 封铁柱;邵刚勤;熊震;周芙蓉;王天国;张文俊;;Y-TZP/MgAl_2O_4复相粉末和陶瓷的低温制备[J];武汉理工大学学报;2010年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 邹正光;顾涛;;高岭土在制备新型复相陶瓷中的应用[A];中国矿物岩石地球化学学会第十届学术年会论文集[C];2005年

2 张国军;金宗哲;;反应合成复相陶瓷物相生成机理研究[A];94'全国结构陶瓷、功能陶瓷、金属/陶瓷封接学术会议论文集[C];1994年

3 温兆银;林祖镶;江东亮;顾中华;;以复相陶瓷为基体的表面膜制备技术[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策（下册）[C];2002年

4 ;口头报告 一、陶瓷微粉的制备与处理[A];第十四届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2006年

5 孙帅;徐强;朱时珍;刘玲;刘颖;;放电等离子工艺制备共晶配比Al_2O_3/GdAlO_3复相陶瓷[A];第十七届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2012年

6 吴建锋;冷光辉;徐晓虹;刘升升;;用于太阳能热发电输热管道的红柱石基复相陶瓷的研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集（第一卷）[C];2011年

7 侯永伸;王建江;许宝才;娄鸿飞;蔡旭东;;团聚粉初始粒径对自反应淬熄法制备空心复相陶瓷微珠吸波剂的影响[A];第十五届中国科协年会第17分会场：复合材料与节能减排研讨会论文集[C];2013年

8 刘艳改;贾德昌;周玉;;LiTaO_3/Al_2O_3复相陶瓷显微结构及力学性能的研究[A];2000年材料科学与工程新进展（上）——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年

9 余龙文;陈呜宇;曾照强;苗赫濯;江作昭;;无压烧结Al_2O_3/nano-Si_3N_4复相陶瓷力学性能的改善[A];94'全国结构陶瓷、功能陶瓷、金属/陶瓷封接学术会议论文集[C];1994年

10 杜丕一;陈祖煌;董艳玲;翁文剑;韩高荣;宋晨路;沈鸽;;渗流型铁电/铁磁高性能复相陶瓷研究[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王慧华;机械合金化制备TiB_2-TiC复相陶瓷及其性能研究[D];东北大学;2013年

2 孙川;B_4C基复相陶瓷材料的制备、性能研究及抗弹能力测试[D];北京理工大学;2015年

3 朱德贵;热等静压原位合成Ti_3SiC_2/SiC复相陶瓷的组织与性能研究[D];西南交通大学;2014年

4 刘坤;先驱体转化氮化物透波复相陶瓷的制备与性能研究[D];国防科学技术大学;2014年

5 朱建东;WCu基板上氮化铝—氧化铝—莫来石复相陶瓷绝缘膜制备与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 余明清;氧化锆—氧化铝复相陶瓷的结构、性能与磨损机理的研究[D];武汉理工大学;2003年

7 刘小强;复相陶瓷的结构与性能[D];浙江大学;2003年

8 焦宝祥;注凝成型制备高性能氧化铝一氧化锆复相陶瓷[D];南京工业大学;2004年

9 李明忠;钛酸铝/氧化铝复相陶瓷及其梯度材料的制备与性能评价[D];武汉理工大学;2010年

10 程本军;刚玉—莫来石复相陶瓷窑具的使用过程数学模拟、纳米改性及其设计与制备[D];浙江大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 柳丽敏;多层化核—壳结构生物活性复相陶瓷制备及性能研究[D];浙江大学;2016年

2 李声延;MgO-Y_2O_3纳米复相陶瓷的制备与表征[D];东北大学;2014年

3 王丙军;20%wt ZrO_2/Al_2O_3复相陶瓷制备及性能研究[D];青海大学;2016年

4 彭旭;AlN-BN复相陶瓷的制备与性能研究[D];西南交通大学;2016年

5 张鹤;（α’+β’）-Sialon复相陶瓷的制备及性能研究[D];山东理工大学;2013年

6 赵杨;热压烧结制备ZrC/SiBCN复相陶瓷的组织结构与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

7 冯春霞;氧化锆基复相陶瓷的制备及其性能研究[D];南京工业大学;2005年

8 周芙蓉;Al_2O_3-ZrO_2-YAG复相陶瓷的制备及性能研究[D];武汉理工大学;2007年

9 蒋俊;氧化铝基复相陶瓷的制备、结构与性能的研究[D];武汉理工大学;2002年

10 高翔;高性能氧化铝基复相陶瓷的研究[D];南京工业大学;2004年

  本文关键词：AlN-BN复相陶瓷的制备与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：489394