放電等離子燒結制備細晶AlN 陶瓷

趙東亮 ，何 慶 ，朱在穩 ，尹海清 ，秦明禮

1) 河北中瓷電子科技股份有限公司, 石家莊 050200 2) 廈門產業技術研究院, 廈門 361001 3) 廈門鉅瓷科技有限公司, 廈門 361100 4) 北京科技大學材料基因工程北京高精尖中心, 北京 100083 5) 北京科技大學鋼鐵共性技術協同創新中心, 北京 100083 6) 北京科技大學新材料技術研究院, 北京 100083

氮化鋁（AlN）陶瓷具有高導熱性（理論可達320 W·m-1·K-1）、優異的絕緣性和耐高溫性等優異性能，在軍工、航天、電子信息、新能源等領域被廣泛應用[1-4]。由于氮化鋁晶體結構是高度共價鍵結合，純氮化鋁陶瓷必須在足夠高的溫度下才能燒結致密[5-7]。常見的燒結方法有反應燒結、常壓燒結、熱壓燒結[8]、微波燒結[9-10]、激光燒結和放電等離子燒結[11-12]等。如圖1 所示，放電等離子燒結（spark plasma sintering，SPS）可以在短時間內將AlN 粉末燒結成形，并且燒結試樣具有很高的相對密度。放電等離子燒結是通過火花放電使得顆粒表面被活化，并通過顆粒之間的自加熱使得粉末可以快速達到燒結溫度，具有快速熱傳遞和物質傳遞的特點[13]。納米粉末具有較高的比表面積和表面能，燒結驅動力大、燒結活性高[14]，可以用來制備具有超細納米晶的金屬和非金屬材料[15-17]。Wang等[18]利用放電等離子燒結制備單層碳納米管增韌的AlN 陶瓷。Shen 等[19]以AlN 陶瓷為基體，利用放電等離子燒結得到了原位生長的細長顆粒，提高了液相燒結硅鋁氧氮復合材料的韌性。Basu 等[20]采用相同方法獲得了ZrO2-ZrB2復合材料。上述研究表明，采用放電等離子燒結工藝可以有效限制晶粒長大，實現材料快速致密化。……