氮化鋁/碳化硅復合材料的制備及應用（AIN/SiC）

  從 AIN和SiC兩種陶瓷材料的晶體結構分析，都具有較高共價鍵鍵能，因此在2100℃以下很難以實現燒結致密。AIN/SiC陶瓷制備的途徑和工藝條件一直受到研究者的關注。能夠降低AIN/SiC復合陶瓷材料制備工藝條件的途徑之一，就是采用AIN/SiC復合陶瓷材料的**復合粉體，由于**復合粉體的工藝性較好并且可獲得的途徑較多，成為人們探討AIN/SiC復合陶瓷材料制備工藝的主要內容。因此可由關注AIN/SiC**復合粉體的制備工藝入手來了解目前AIN/SiC復合材料的制備。對于AIN/SiC復合粉體的制備，可歸納為以下幾個途徑。

(1）粉碎法。

粉碎法制備AIN/SiC復合陶瓷材料**粉體可分為傳統工藝與新型工藝。傳統工藝采用的手段包括機械球磨粉碎、爆炸反應等。機械粉碎法制備AlN/SiC復合材料粉體的工藝成本較低，工藝操作簡單、適合有產量要求的情況。但是通過這些傳統工藝制備的 AIN/SiC粉體組分不利于實現均勻分布，粒度范圍較寬即**粉產率低，不易于控制雜質的引入。因而，將傳統粉碎法得到的 AlN/SiC復合粉體原料，即便以熱壓燒結的工藝也難以實現較高的致密和組織均一性，得不到理想的性能。粉碎法的新型工藝包括超聲粉碎法、高能球磨法、助磨劑粉碎法等。采用這些新方法制備得到的粉體粒徑可小于100nm，組分的均勻性也可獲得改善。因此，粉碎法制備AIN/SiC**粉體的工藝又使人們恢復了興趣。

(2)Sol-gel 法（即溶膠-凝膠法)。

應用溶膠-凝膠法制備AlN/SiC**粉在近年來成為研究熱點，溶膠-凝膠法基本過程是水解反應后的聚合反應。**的反應可表述為式1和式2。

  Sol-gel法的優勢在于可在較低溫度下制備成分、粒徑均勻分布的高活性復合**粉。周松青等用溶膠-凝膠碳熱氮化法在1550~1650℃獲得粒徑為0.2um左右的AIN/SiC復合**粉末,在無燒結助劑情況下1800℃保溫1h無壓燒結獲得致密度97%的燒成產物。

(3)碳熱還原-氮化法。

目前對合成AIN/SiC，該方法已進入了較深入的研究階段。該制備工藝影響因素復雜并且是一個多步反應過程，產物的狀態由原料粒徑分布、形狀、純度等決定。因其反應機理還沒有完全定論，所以該工藝制備AlN/SiC還處于完善階段。

(4)CVD法。即化學氣相沉積法。

該方法通過實現熱化學氣相反應并使物質形核生長，從而獲得**粉體。CVD法制備粉體的原理是在高溫下可使反應產物過飽和，蒸氣壓**增加，導致反應產物晶核在氣氛中成核并在一定溫度下發生晶化。當反應產物隨氣氛流動和傳遞進入低溫區，溫度的降低**了顆粒生長、聚集以及晶化，即可獲得**粉。該方法的優勢在于制備粉體可調的工藝參數很多，適合工藝優化調整，制備AIN/SiC粉體可獲得粒徑分布窄、優良分散的極細粉。利用流化床CVD法，使SiC粉末在N2～NH;流化床與AlCI3氣體在800~1000℃高溫作用，得到燒結性能**的AIN/SiC 復合粉體。

(5)自蔓延法。

自蔓延法，是利用強制點燃引發的化學反應放熱，為周圍未反應原料提供溫度驟然升高的條件從而繼續引發反應的高溫合成無機非金屬材料的方法。其工藝特點在于反應迅速、易于實現、易于獲得高純產物等。對AIN/SiC復合材料形成固溶有較高的工藝優勢。陳克新等[9'以Al粉、Si粉和碳黑為原料，以自蔓延法制備了圓整度較高的AIN/SiC粉體。以Al、Si、C和B-SiC為原料自蔓延制備AIN/SiC粉末的同時，指出粉末晶相成分的均勻度隨著N2氣壓增大而得到完善。

AlN/SiC復合材料的應用

  AlN/SiC材料復合能夠解決單純的氮化鋁和單純的碳化硅難于燒結的難題，并且燒結產物的力學性能由于生成AIN-SiC固溶體而得到**的提高。AIN/SiC復合材料高溫耐蝕性較好，在1200℃以下具有很好的耐氧化性能。由于 SiC本征熱導較低的原因，在熱導方面AlN和SiC的復合應比氮化鋁單質低，但是如在體系中預加氮化鋁，仍然能夠在一定程度上彌補熱導的欠缺，得到具有一定較好導熱性的材料，可以設想應用在大規模集成電路中作為基板材料。

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