【正文】 非氧化物陶瓷的重視，開始將A1N作為一種新材料進(jìn)行研究，側(cè)重于將其作為結(jié)構(gòu)材料。第四階段：20世紀(jì)八十年代至今20世紀(jì)八十年代以來，人們開始將A1N作為基片和封裝材料來進(jìn)行研究，但由于粉末質(zhì)量不高以及其他技術(shù)因素的影響，最初的產(chǎn)品質(zhì)量并不穩(wěn)定，工藝重復(fù)性也較差。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對所用材料的性能提出了更高的要求，氮化鋁陶瓷也必將在許多領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用。由于氮化鋁對氧有很強(qiáng)的親合力，部分氧會固溶入氮化鋁的晶格中，從而產(chǎn)生鋁空位，形成的鋁空位會對聲子產(chǎn)生散射，降低聲子的平均自由程，從而導(dǎo)致氮化鋁陶瓷制品導(dǎo)熱率的下降，嚴(yán)重的甚至得不到氮化鋁陶瓷。本文以Y2O3和CaF2兩個體系的燒結(jié)助劑為研究對象，探討燒結(jié)助劑的添加量及燒結(jié)工藝特別是保溫時間對樣品性能的影響。實驗用的高純（%）氮氣、高純氫氣和高純氬氣等氣體由上海春雨特種氣體有限公司提供。（3）烘干球磨時間到后，將磨好的漿料倒入洗凈的托盤，放入60℃烘箱烘10小時以上，目的是讓酒精充分揮發(fā)，得到干燥的AlN粉料。（7）等靜壓成型將干壓成型好的柱狀陶瓷素胚做好隔油措施，裝入等靜壓機(jī)腔體，在200Mpa壓力條件下保壓1min，保壓完成后即可取出素坯。 氮化鋁陶瓷的性能測試 體積密度測試使用千分卡尺分別測量燒成前后樣品的直徑，利用公式（21）計算收縮率。隨后置樣品于去離子水中，放在真空干燥箱進(jìn)行半小時抽真空，使樣品充分吸收水分。實驗條件：40 KV，200 mA，Cu靶，l= 197。此項測試在中科院硅酸鹽研究所進(jìn)行。第三章：實驗數(shù)據(jù)處理分析為研究燒結(jié)助劑Nd2OCaO、Y2OCaFLi2O、LiYOSm2O3對氮化鋁陶瓷燒結(jié)性的影響，本實驗設(shè)計了一系列配方進(jìn)行試驗，配方如下表所示:表31. 實驗原料配方配方編號AlNwt％Y2O3wt％Sm2O3wt％Nd2O3wt％CaOwt％CaF2wt％LiYO2wt％Li2Owt％2S1CF97210CO3Y0L0CF3Y0L0CO4YL40CF4YL41S4C95142S3C95233S2C95324S1C95412F1N97121F2N97214F1N95143F2N95232F3N95321F4N9541按表31進(jìn)行配料，在相同的燒結(jié)溫度下（1600176。C，分別保溫2h、4h、6h、8h；保溫結(jié)束后，先2h降溫到800176。不同保溫時間所得的AlN陶瓷的體積密度和收縮率如下表所示：表32. AlN陶瓷的體積密度和收縮率燒結(jié)助劑收縮率體積密度97%AlN2% Sm2O31% GaF2%% %% % Li2O% g/cm3% % % % Li2O% g/cm397%AlN1%Nd2O32% GaF2% g/cm3表32是添加了不同燒結(jié)助劑的氮化鋁陶瓷樣品，在1600176。 g/cm3，宏觀上標(biāo)明該種配方的氮化鋁陶瓷樣品有很好的致密性。圖中，添加3%的燒結(jié)助劑的陶瓷樣品收縮率和體密度均比添加5%的燒結(jié)助劑的陶瓷樣品的相應(yīng)值要大。相比于Y2O3GaF2體系所得陶瓷樣品的高致密度，GaF2 Sm2O3體系所制得的陶瓷樣品的體積密度都很低。燒結(jié)過程中，氧與燒結(jié)助劑反應(yīng)促進(jìn)AlN燒結(jié)，根據(jù)XRD圖譜分析，在無壓燒結(jié)過程中有如下反應(yīng)發(fā)生【2627】：（31）在燒結(jié)過程中，通過該反應(yīng)降低了燒結(jié)溫度，有助于通過液相燒結(jié)提升樣品致密度。C，導(dǎo)致液相生成不充分，不能使AlN晶粒發(fā)生有效，均勻的重排，進(jìn)而導(dǎo)致本體系A(chǔ)lN陶瓷樣品比較低的體積密度。表明AlN陶瓷樣品的體積密度與Nd2O3含量呈正相關(guān)，適當(dāng)加大燒結(jié)助劑中Nd2O3的含量可提高氮化鋁的致密度。保溫時間的延長，促進(jìn)坯體內(nèi)液相由內(nèi)部向表面轉(zhuǎn)移，對氮化鋁晶格的凈化有一定影響，從而提高了樣品的致密度。圖34. Y2O3GaF2體系氮化鋁樣品的體積密度隨保溫時間變化曲線% % % % Li2O配方的氮化鋁樣品的體積密度隨保溫時間的變化曲線。從圖中可以看出，保溫時間從2h延長到4h的過程中，相對介電常數(shù)隨著保溫時間的延長而減??；而從4h到8h的過程中，保溫時間的延長并沒有使相對介電常數(shù)的值減小。由圖可知，保溫時間從4h延長到6h，陶瓷樣品的熱導(dǎo)率有一定的增大，但保溫時間從6h延長到8h后，熱導(dǎo)率反而下降。本次試驗中測得的熱導(dǎo)率的數(shù)值在60 W（）上下波動，和文獻(xiàn)上的同樣配方所測得的數(shù)據(jù)有一定的差距。而CaN化合物是一類低熔點物質(zhì)。而4h8h過程中，致密度幾乎保持不變，從SEM圖上看，晶粒沒有發(fā)生特別明顯生長現(xiàn)象。（3）Y2O3 CaF2燒結(jié)助劑體系中，添加2%Y2O31%CaF2得到的樣品性能好，在1600℃，保溫6小時的條件下， W/。（2）實驗過程中要多和導(dǎo)師、學(xué)長溝通，才能保證實驗的準(zhǔn)確性。在低于1650176。在一個相對低的溫度下，液相(Ca,Y)F 2使AlN顆粒周圍的YF3能均勻分布，而這有利于去除AlN晶格中的氧雜質(zhì)，從而使AlN獲得更高的熱導(dǎo)率。這些燒結(jié)助劑在燒結(jié)過程中扮演了一個雙重角色。然后，根據(jù)他們的研究，尚且不能明確YF3對于熱導(dǎo)率的影響。隨后將球磨后的粉料置于烘箱內(nèi)烘干。表1：在實驗中的不同組合物的樣品用游標(biāo)卡尺測量樣品燒結(jié)后的直徑，從而得出樣品的收縮率。在室溫下的熱傳導(dǎo)率通過激光閃光法測定。的范圍進(jìn)行掃描，從而確定了其晶格參數(shù)。然而，Y2O3成為YF3和A12O3之間反應(yīng)的中間產(chǎn)物似乎是不可能的，就如同Hundere等人推測在樣品YFA在1500℃之前隨著釔鋁酸鹽的生成不會發(fā)現(xiàn)Y2O3。隨著溫度的升高，YF3大致是從(Ca,Y)F2和與A12O3反應(yīng)生成YAP和YAM的反應(yīng)中釋放的，這些在1500℃時可以被檢測出來，如表2。K，這是比樣品CYOA的152W/m由于到他們相似的密度，液相CaYAl04促進(jìn)樣品CYFA在1750℃的致密化。加入YF3與加入Y2O3相比明顯改善了在燒結(jié)時晶粒生長對致密度的影響。燒結(jié)體中的實測氧含量強(qiáng)烈反映了A1N晶格中的氧含量，因為所有第二相是燒結(jié)助劑在燒結(jié)過程中蒸發(fā)所產(chǎn)生的。根據(jù)熱導(dǎo)率和A1N細(xì)胞體積之間的關(guān)系，如圖3所示，可以看出，樣品CYFA和CYOA的熱傳導(dǎo)率與多項式擬合曲線具有良好的一致性。 氧在A1N陶瓷的燒結(jié)過程中在1400℃和1800℃之間的溫度下，覆蓋在A1N粉末的表面，擴(kuò)散到A1N晶格，形成與氧有關(guān)的缺陷。因此，樣本CYFA與CYOA相比有更高的熱導(dǎo)率主要是由于晶格中較低的氧濃度。然而，在CaF2YF 3系統(tǒng)中，(Ca,Y)F2相根據(jù)相圖在相對低的1350℃生成，并在高于1400℃是變?yōu)橐合唷＿@是由于A1N晶格在1750℃時除去了氧。液相(Ca,Y)F2和Ca12Al14O32F2的生成，在1650℃之前是影響AlN陶瓷致密度的主要原因。同時添加CaF2和YF 3，由于在相對低的溫度下液相(Ca,Y)F2的形成減少了燒結(jié)的樣品中的A1N晶格中的氧含量，因而有利于得到高的熱傳導(dǎo)率。參考文獻(xiàn)[1] . 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