稀土氧化物对常压烧结氮化硅陶瓷性能的影响

高导热氮化硅陶瓷是大功率电力电子器件散热的关键候选材料。研究采用稀土氧化物(Re₂O₃)和氧化钛(TiO₂)烧结助剂体系, 通过低温常压烧结方法来制备氮化硅陶瓷, 以有效降低成本, 满足实际应用的需求。系统研究了烧结助剂种类及含量对Si₃N₄陶瓷的致密化行为、热导率、显微结构以及力学性能的影响。研究发现随着稀土离子半径的增大, 材料的致密度和热导率均呈现下降趋势, 添加Sm₂O₃后样品最高密度仅为3.14 g/cm³。但是当Sm₂O₃-TiO₂烧结助剂含量为8wt%时, 样品断裂韧性可达5.76 MPa•m^1/2。当添加Lu₂O₃且烧结助剂含量为12wt%时, 材料的密度可达3.28 g/cm³, 但是大量存在的第二相导致热导率仅为42.3 W/(m∙K)。研究发现该材料具有良好的断裂韧性。经1600℃退火8 h后, Er₂O₃-TiO₂烧结助剂样品的热导率达到51.8 W/(m∙K), 基本满足一些功率电路基板材料的实际应用需求。     

氮化硅晶须对反应烧结氮化硅多孔陶瓷介电性能的影响

以硅粉和氮化硅晶须为原料,通过添加30%(质量分数)成孔剂球形颗粒,以聚乙烯醇作粘结剂,采用干压成型工艺,反应烧结制备了多孔氮化硅陶瓷,分析对比了氮化硅晶须对反应烧结氮化硅多孔陶瓷介电性能的影响.实验结果表明,随着氮化硅晶须加入量的升高,氮化硅多孔陶瓷的介电常数和介电损耗都升高,介电性能恶化.     

烧结助剂LY含量对气压烧结Si3N4陶瓷性能的影响

本研究采用二步气压烧结工艺，系统地研究了烧结助剂ＬＹ（Ｌａ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３）对Ｓｉ３Ｎ４陶瓷的烧结密度及抗弯强度的影响，发现相对密度随助剂含量的增加而增加。在助剂含量为１８ｗｔ％时，抗弯强度最大为４２２ＭＰａ。此后，助剂含量继续增加时，抗弯强度下降。     

低介电常数多孔氮化硅陶瓷的制备

采用凝胶注模成型工艺,以SiO2含量大于等于95%的空芯玻璃微珠作造孔剂,通过控制造孔剂的加入量和调节造孔剂的孔径成功制备出低介电常数、高强度的多孔Si3N4陶瓷。结果表明,随着造孔剂含量的增加,试样气孔率增大,弯曲强度降低,ε和tanδ都相应降低,ε最低为1.77;在造孔剂加入量为10%时,随着造孔剂的孔径尺寸变大,试样的孔径变大,弯曲强度降低,试样的ε和tanδ也相应降低。当造孔剂含量为10%、孔径尺寸为80μm时制备的多孔氮化硅陶瓷ε为2.13,弯曲强度达到38MPa,适合作为宽频带天线罩的夹层材料。     

锆英石多孔陶瓷烧结助剂的研究

研究了加入各种反应烧结助剂对锆英石质多孔陶瓷反应烧结过程的影响。试验结果表明,以NaF作为反应烧结助剂可改变锆英石质材料的反应烧结机理,促进了其反应烧结过程。在1150°×2h的烧成条件下可获得具有较高强度的锆英石质多孔陶瓷。     

微波烧结制备多孔氮化硅的性能研究

以硅粉为原料,通过添加稀释剂和烧结助剂,同时调整烧结助剂的种类并通过控制晶界相以及气孔结构和尺寸利用微波烧结工艺制备出了闭气孔比率高的多孔氮化硅材料.结果表明:利用微波烧结工艺可以制备出多孔氮化硅材料,当烧结助剂的量在1.2％时,气孔率最高可以到70％.材料的气孔率和抗弯强度达到最佳值300MPa,同时材料形成了具有闭气孔结构的多孔氮化硅,闭气孔率达到最高.     

包覆工艺制备多孔低介电氮化硅陶瓷的研究

以硅粉为原料,通过添加成孔剂球形颗粒,以聚乙烯醇作粘结剂,采用包覆工艺、干压成型,反应烧结制备了多孔氮化硅陶瓷,对比了包覆工艺对实验结果的影响.结果表明,采用包覆工艺较未采用包覆工艺制得的多孔氮化硅陶瓷有着更高的气孔率,宏观孔分布均匀,有较多的微孔,介电性能良好.     

反应烧结法制备高强度多孔氮化硅陶瓷

以硅粉(Si)为起始原料, 氧化钇(Y₂O₃)为烧结助剂, 利用干压成型工艺制备出不同气孔率的多孔硅坯体, 通过反应烧结得到高强度多孔氮化硅(Si₃N₄)陶瓷. 研究了Y₂O₃添加量在不同升温制度下对于氮化率的影响, 以及1500~1750℃后烧结对多孔材料强度的影响. 结果表明: 添加9%Y₂O₃的样品具有较高的氮化率, 主要是Y₂O₃与Si粉表面的SiO₂在较低的温度下反应生成了Y₅Si₃O₁₂N. 在不同的反应条件下可得到气孔率为30%~50%, 强度为160~50MPa的样品. 在1750、 0.5MPaN₂气压下对样品进行后处理, α-Si₃N₄完全转变成柱状β-Si₃N₄, 晶型转变有利于强度提高,气孔率为46%的多孔Si₃N₄其强度可达140MPa.     

三维打印结合反应烧结制备多孔氮化硅陶瓷

以硅粉(Si)为起始原料,糊精为粘结剂,采用三维打印(3DP)快速成型技术制备出多孔硅坯体,通过反应烧结得到高孔隙率的氮化硅(Si3N4)陶瓷。研究了反应烧结工艺对3DP多孔Si3N4陶瓷性能的影响。结果表明:3DP成型的硅坯体采用阶梯式升温机制,可得到抗弯强度为(5.1±0.3)MPa,孔隙率达(74.3±0.6)%的多孔Si3N4陶瓷。反应烧结后,样品的线收缩率小于2.0%。三维打印结合反应烧结法实现了复杂形状陶瓷构件的无模制造与净尺寸成型。     

无压烧结氮化硅陶瓷的力学性能和显微结构

以MgO-Al₂O₃-SiO₂为烧结助剂,借助XRD、SEM、TEM、EDS、HRTEM等手段,研究了无压烧结氮化硅陶瓷材料的力学性能和显微结构,着重探讨了材料制备工艺、力学性能和显微结构之间的关系,通过调整制备工艺改善材料微观结构以提高材料的力学性能.强化球磨混合的试样经1780℃无压烧结3h后,抗折强度高达1.06GPa,洛氏硬度92,显微硬度14.2GPa,断裂韧性6.6MPa·m^0.5.材料由长柱状β-Si₃N₄晶粒组成,晶粒具有较大的长径比,长柱晶的近圆晶粒尺寸0.3-0.8μm,长度3-6μm,长径比约7-10,显微结构均匀.     

氮气压力对多孔氮化硅陶瓷显微组织和力学性能的影响

以α-Si₃N₄为原料, Y₂O₃为烧结助剂, 在三种不同的氮气压力(0.12、0.32和0.52 MPa)下烧结制备了多孔氮化硅陶瓷。研究了氮气压力对氮化硅的烧结行为、显微组织和力学性能的影响, 分别通过SEM观察显微组织并统计晶粒的长径比, 通过XRD对物相进行分析, 并对烧结试样进行三点弯曲强度测试。随着氮气压力的提高, 多孔陶瓷的线收缩率降低、气孔率提高, 这是由于低熔点的液相中N含量随氮气压力的提升而增加, 导致了液相粘度提高, 抑制陶瓷致密化。随着氮气压力的提高, 组织中的棒状β-Si₃N₄生长良好, 晶粒长径比增大, 其原因是高的液相粘度抑制了β-Si₃N₄形核, 有利于β-Si₃N₄生长。由于β-Si₃N₄棒状晶的作用, 陶瓷弯曲强度随氮气压力的升高得到改善, 但是气孔率的升高降低陶瓷的强度。在0.52 MPa的氮气压力下烧结的多孔陶瓷气孔率达58%, 弯曲强度为140 MPa。     

Porosity and Oxide Layer Dependence of Thermal Shock Behavior of Porous Silicon Nitride Ceramics

A water-quenching technique has been adopted to evaluate thermal shock fracture and fatigue behaviors of porous Si3N4 ceramics in an air atmosphere. The high-porosity Si3N4 ceramics exhibit a higher strength retention and a better resistance to thermal shock fatigue because of its role of the pores as crack arresters.A dense and coherent surface oxide layer leads to a significant benefit in residual strength during thermal fatigue, however, an increased fatigue number to 30 th cycle cannot cause a further influence although a thicker oxide layer presents, which is attributed to holes defect and disappearance of part intergranular phase.     

低介电常数微波介质陶瓷研究进展

随着微波通信技术向毫米波段延伸,低介电常数微波介质陶瓷的开发成为介质材料的研究热点。概述了Al2O3系、硅酸盐系、AAl2O4系(A=Zn、Mg)、钨酸盐系、磷酸盐系及石榴石结构化合物体系等低介电常数微波陶瓷材料体系的研究进展,并指出了低介电常数微波介质陶瓷目前存在的问题及发展趋势。     

保温时间对GPS氮化硅陶瓷晶界相及力学性能的影响

研究了保温时间对气压烧结(GPS)氮化硅陶瓷晶界相及力学性能的影响.研究发现,由于晶界相中的氧含量随保温时间的延长先增加然后明显降低,导致烧结体中晶界相的总量和致密化程度随保温时间的增加有一最大值.在本文所研究的保温时间范围内,烧结体的室温强度随保温时间的增加而升高.     

High Dielectric Constant YIG Ferrites with Low Sintering Temperature

Journal of Materials Science: Materials in Electronics - Yttrium-Iron-Garnet (YIG) ferrites are widely used in microwave communication systems due to its excellent gyromagnetic properties. However,...