Al2O3陶瓷和SiC陶瓷的性能比较

氮化铝AIN陶瓷结构和成份

氮化铝AIN陶瓷结构和成份主要是以氮化铝(AIN)为主晶相的陶瓷。AIN晶体以〔AIN4〕四面体为结构单元共价键化合物，具有纤锌矿型结构，属六方晶系。

化学组成 AI 65.81%，N 34.19%，比重3.261g/cm3，白色或灰白色，单晶无色透明，常压下的升华分解温度为2450℃。为一种高温耐热材料。热膨胀系数（4.0-6.0）

X10（-6）/℃。多晶AIN热导率达260W/(m.k)，比氧化铝高5-8倍，所以耐热冲击好，能耐2200℃的极热。

此外，氮化铝具有不受铝液和其它熔融金属及砷化镓侵蚀的特性，特别是对熔融铝液具有极好的耐侵蚀性。

性能：AIN陶瓷的性能与制备工艺有关。 如热压烧结AIN陶瓷，其密度为3 .2一3 .3g/cm3，抗弯强度350一400 MPa(高强型900 MPa)，弹性模量310 GPa，

热导率20-30W.m(-1).K(-1)，热膨胀系数5.6x10(-6)K(-1)(25℃一400℃)。机械加工性和抗氧化性良好。 性能指标

(1)热导率高(约320W/m·K)，接近BeO和SiC，是Al2O3的5倍以上；

(2)热膨胀系数(4.5×10-6℃)与Si(3.5-4×10-6℃)和GaAs(6×10-6℃)匹配；

(3)各种电性能(介电常数、介质损耗、体电阻率、介电强度)优良；

(4)机械性能好，抗折强度高于Al2O3和BeO陶瓷，可以常压烧结； (5)光传输特性好； (6)无毒； 应用：氮化铝耐热、耐熔融金属的侵蚀，对酸稳定，但在碱性溶液中易被侵蚀。AIN新生表面暴露在湿空气中会反应生成极薄的氧化膜。 利用此特性，可用作

铝、铜、银、铅等金属熔炼的坩埚和烧铸模具材料。由于AIN陶瓷具有高导热、高绝缘性，可作为半导体的基体材料，其热阻与氧化被陶瓷相当，比氧化铝陶

瓷低很多，可用作散热片、半导体器件的绝缘热基片，提高基片材料散热能力和封装密度，可用于双列直插式封装、扁平封装。

第３１卷　２００８芷　第３期　５月　兵器材料科学与工程　０ＲＤＮＡＮＣＥ　ＭＡＴＥＲＩＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖ０ｌ＿３ｌ　Ｎｏ．３　Ｍａｙ．２００８　

纳米ＣｅＯ２对Ａ１２Ｏ３／Ｃｒ２０３陶瓷涂层组织及　性能的影响　

王挺，李建国，李广东，杜茂华　（内蒙古工业大学材料科学与工程学院，　内蒙古呼和浩特０１００５１）　摘要：采用亚音速氧乙炔火焰喷涂制备涂层。通过在Ａ１：Ｏ３／Ｃｒ２０，为基的陶瓷粉体中添加不同数量的纳米ＣｅＯ　，探讨其对　涂层组织及性能的影响。结果表明，纳米ＣｅＯ　的加入使喷涂层的显微组织得到改善，喷涂层的耐磨性、结合强度、显微硬　度得到提高。且随着纳米ＣｅＯ：加入量的增加，涂层的性能呈先上升后下降的趋势。当纳米ＣｅＯ：加入量为３％时，涂层中孔　隙最少．涂层细化且致密，结合强度最高，显微硬度达到最高，耐磨性也最好。　关键词：纳米ＣｅＯ　；陶瓷涂层；显微组织；耐磨性　中图分类号：ＴＧ１７４．４４２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—２４４Ｘ（２００８）０３—００５ｌ—ｏ４　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆｎａｎｏｍｅｔｅｒ　ＣｅＯ２　ｐｏｗｄｅｒ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆＡＩ￣ＯＣＣｒ２０３　ｃｅｒｎｍｉｃ　ｃｏａｔｉｎｇ　ＷＡＮＧ　Ｔｉｎｇ，ＬＩ　Ｊｉａｎ－ｇｕｏ，ＬＩ　Ｇｕａｎｇ－ｄｏｎｇ，ＤＵ　Ｍａｏ—ｈｕａ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｏｈｈｏｔ　０１００５１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｌ￣ｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｉｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｓｕｂｓｏｎｉｃ　ｏｘｙｇｅｎ—ａｃｅｔｙｌｅｎｅ　ｆｌａｍｅ　ｓｐｒａｙｉｎｇ．Ｂｙ　ａｄｄｉｎｇ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｑｕａｎｔｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ｎａｎｏｍｅｔｅｒ　ＣｅＯ２　ｉｎ　ｃｅｒａｍｉｃ　ｐｏｗｄｅｒｓ　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＩｚＯＪＣｒ２０３，ｉｔｓ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏａｔｉｎｇ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎａｎｏｍｅｔｒｅ　ＣｅＯ２　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｐｒａｙ　ｐｏｗｄｅｒ　ｈｅｌｐｓ　ｔｏ　ｍｏｄｉｆｙ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｃｏａｔｉｎｇ，ａｎｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｔｈｅ　ｗｅａｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｄｈｅｓｉｏｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｍｉｃｒｏ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｅ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｗａｓ　ｆｉｒｓｔ　ｕｐ　ｔｈｅｎ　ｄｏｗｎ　ｗｉｔｈ　ｑｕａｎｔｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ｎａｎｏｍｅｔｅｒ　Ｃｅ０２　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．Ｗｈｅｎ　ａｄｄｉｎｇ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｏｆ　ｎａｎｏｍｅｔｅｒ　ＣｅＯ２　ｉｓ　３％，ｔｈｅ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｌｏｗｅｓｔ，ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｉｓ　ｒｅｆｉｎｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｃｔ，ｔｈｅ　ｗｅａｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｔｈｅ　ａｄｈｅｓｉｏｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｒｅａｃｈ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏｍｅｔｅｒ　ＣｅＯ２；ｃｅｒａｍｉｃ　ｃｏａｔｉｎｇ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｗｅａｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　纳米结构陶瓷涂层是目前研究最多的陶瓷涂层．　纳米陶瓷涂层从根本上改变了传统陶瓷涂层的结构，　

第３８卷第２期　２００７年３月　太原理工大学学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＴＡＩＹＵＡＮ　ＵＮ１ＶＥＲＳ１ＴＹ　０Ｆ　ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．２　Ｍａｒ．　２００７　文章编号：１００７－９４３２（２００７）０２—００９８—０３　

纳米　一Ａ１２　Ｏ３粉添加对氧化铝陶瓷性能的影响　

李咏梅，刘　欣，贾虎生　（太原理工大学材料科学与工程学院，山西太原０３００２４）　摘　要：为了解决氧化铝陶瓷脆性大、均匀性差等问题，我们在微米氧化铝粉体中添加一定比　例的纳米ａ—ＡＩｚＯｓ粉，研究纳米ａ—Ａ１ｚＯｓ粉的添加和成型压力对微米氧化铝陶瓷显微结构和性能　的影响。实验结果表明，在粉料挤压成型过程中，纳米ａ—Ａ１　Ｏ。粉可填充到微米氧化铝粉体的孔隙　之中，减小了孔隙尺寸；成型压力提高，可减少气孔数量，从而提高了陶瓷素坯的密度，改善了氧化　铝陶瓷烧结后的密度和力学性能。　关键词：纳米ａ—Ａ１２ｏ。粉；成型压力；显微结构；力学性能；氧化铝陶瓷　中图分类号：ＴＢ３３２　文献标识码：Ａ　由于氧化铝陶瓷的原料来源广、价格相对便宜，　同时又具有硬度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优点，　在工业领域得到广泛的应用。但作为工业陶瓷来　讲，其主要缺陷在于脆性大、均匀性差、可靠性低、韧　性较差，因而在诸多方面的应用又受到限制。随着　纳米技术的应用，纳米陶瓷成为解决陶瓷脆性的一　种新的途径。但是，目前要获得大批量、高质量的纳　米粉体依然十分困难，生产成本还比较高【１］。因此，　笔者考虑在微米氧化铝粉中添加纳米氧化铝粉，使　素坯成型后获得较佳的粒度级配，减小陶瓷素坯的　孔隙尺寸，提高陶瓷的烧结活性；同时在干压成型过　程中，提高成型压力，以利于气孔的排出，减少气孔　数量，获得较为致密的陶瓷素坯，最终得到性能优良　的Ａｌ２Ｏ。陶瓷。　１　实验方法　实验中所用的微米级Ａｌ　Ｏ。粉是由北京化工　厂生产，纯度大于９４％；纳米ａ—Ａｌ　Ｏ。粉是自制，采　用前驱体热解法制备　］，平均粒径为３５　ｎｍ，纯度　大于９９．９　。　将两种粉料按不同的比例配制（试样编号如表１　所示），均匀混合，放入质量分数为６　的聚乙烯醇糊　状（作为粘结剂）水溶液中，搅拌均匀，烘干，在研钵中　研磨。采用干压成型方法＿３］，将配制的粉料放入模具　中，分别以１００　ａ、２００　ＭＰａ压力在电子万能实验　机上挤压成直径为ｊ２『１０　ｒｒｌｒｎ、厚度为２～３　ｍｒｎ的试　片。将成型的素坯在８００。Ｃ温度下预烧１　ｈ，再放入真　空烧结炉中以６～８。Ｃ／ｍｉｎ的升温速度升至１　８５０。Ｃ，　保温２　ｈ，随炉冷却。　表１纳米　Ａ１　Ｏ。粉与微米Ａ１　Ｏ。粉配制比例　／０　１０　２０　３０　１００　ｌ纳米粉（质量分数）％ｌ　ｌ　Ｉ　ｌ　ｌ　ｌ　用Ａｒｃｈｉｍｅｄｅｓ法测定陶瓷样品的密度，Ｘ射线　衍射（ＸＲＤ）分析相组成，扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观　察陶瓷试片的断口形貌，表面硬度计测定陶瓷试片　的维氏硬度，观察压痕和裂纹的长度，采用压痕法计　算断裂韧性。　２　实验结果与讨论　２．１纳米ａ—Ａｌ：Ｏ　粉添加和成型压力对氧化铝陶　瓷显微结构的影响　将不同比例配制的粉料在１００　ＭＰａ、２００　ＭＰａ　压力下挤压成型，并在１　８５０℃烧结。　图１为Ａ３０烧结后的Ｘ射线衍射图，可以看出　两种粉料经混合、成型、烧结后，全部为ａ相的Ａｌ　（）３。　图２为氧化铝陶瓷试片密度与纳米ａ—Ａｌ。Ｏ。粉　添加量和成型压力的关系。随着纳米ａ—Ａｌ　Ｏ。粉的　不断增加和成型压力的提高，陶瓷的密度提高。如　在１００　ＭＰａ成型并烧结后，微米氧化铝陶瓷密度为　３．５２　ｇ／ｃｍ３，加入质量分数为３０　９／６纳米ａ—Ａｌ２Ｏ。粉　收稿日期：２００６—０８—２１　基金项目：国家自然科学基金（５０６７３０７２）；山西省自然科学基金（２００５ｉ０１６）　作者简介：李咏梅（１９６３一），女，辽宁瓦房店人，高级工程师，主要从事纳米陶瓷材料性能研究，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｌｉ

第２５卷第１期　２０１３年３月　武汉工程职业技术学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＷｕｈａｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｖ０１．２５　Ｎ０．１　Ｍａｒｃｈ　２０１３　

ＳｉＣ—Ａ１２　Ｏ３一Ｙ２　Ｏ３体系陶瓷料浆的制备与性能研究　

徐　超　王　忠　周　辉　田先明　李家虎　龚仕顺　

（武钢耐火材料有限责任公司　湖北　武汉：４３０Ｏ８Ｏ）　

摘　要　采用超声波分散法制备了ＳｉＣ—Ａ１　Ｏ。一Ｙ　Ｏ。体系陶瓷料浆，利用Ｚｅｔａ电位分析仪、粘　度计、ｐＨ测试仪等设备对料浆的物理性能进行了测试，讨论分析了Ｚｅｔａ电位、ＰＨ值、粘度、固含　量、素坯强度、沉降速率对陶瓷料浆性能的影响规律，结果表明：ＰＨ值为９．５，固含量为５８　，加入　

０．８　阿拉伯树胶作为分散剂时ＳｉＣ—Ａ１　Ｏ。～Ｙ。ｏ。体系陶瓷料浆流动性好、固含量高、不易沉降。　关键词碳化硅；液相烧结；料浆　

中图分类号：ＴＱ１７４．７５　８　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１－３５２４（２０１３）０１－Ｏ０１３—０４　

０　引　言　

碳化硅（ＳｉＣ）陶瓷具有抗氧化性强、耐磨性能　

好、硬度高、热震稳定性能好、高温强度高、热膨胀系　数低、导热率高以及耐化学腐蚀等特点，是最具有应　用前景的高温结构陶瓷之一，被广泛应用于石油、化　

工、冶金、机械、航天、核能等行业。碳化硅是典型的　强共价键化合物，在高温下的自扩散系数相当低，若　

没有合适的烧结助剂很难烧结。　液相烧结的机理是以一定数量的多元低共氧化　

物为烧结助剂，在高温下烧结助剂形成共熔液相，使　体系的传质方式由扩散传质变为粘性流动，降低了　致密化所需的能量和烧结温度＿１］。ＳｉＣ—Ａ１　Ｏ。一　

Ｙ　Ｏ。烧结体系被认为是最具有前景的ＳｉＣ基陶瓷　体系之一。从图１　Ａｌ　Ｏ。一Ｙ　０。的两元相图　可　以看出，存在三个低共熔化合物，ＹＡＧ（Ｙ。Ａ１　Ｏ　熔点１７６０℃），ＹＡＰ（ＹＡ１Ｏ。，熔点１８５０℃），ＹＡＭ　（Ｙ　Ａ１　Ｏ。，熔点１９４０℃）。国内外研究均表明，应用　该体系烧结助剂可以在较低温度下（１８５０℃）实现碳　化硅陶瓷的致密化。　碳化硅陶瓷具有优良的性能，但传统的干压成　型方法只能成型简单形状部件，对于异形件成型比　较困难，已难以满足进一步实用化和产业化的要求。　浇注成型工艺设备要求不高、成本较低、操作方便、　易于成型形状复杂或大尺寸的部件。而浇注成型工　艺的关键在于制备流动性好、固含量高、不易沉降以　及易于成型和脱模的料浆。但由于Ａｌ　Ｏ。、Ｙ　Ｏ。是　以超微粉形式加入，比表面积较大，表面能较高，在