對(duì)于無(wú)壓燒結(jié)工藝而言，冷壓成坯-高溫N2氣氛保護(hù)無(wú)壓燒結(jié)得到的產(chǎn)物致密度普遍不高，750℃模壓成型-高溫N2氣氛無(wú)壓保護(hù)得到的燒結(jié)產(chǎn)物致密度除預(yù)加AIN量為60wt%的燒成坯體可獲得97.2%的致密度外，其他各原料配比得到的燒成產(chǎn)物致密度也偏低。從而，對(duì)于無(wú)壓燒結(jié)工藝所獲得的產(chǎn)物，抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性都較差。圖1列舉了兩種無(wú)壓燒結(jié)工藝得到的燒成產(chǎn)物抗彎強(qiáng)度和實(shí)測(cè)結(jié)果。圖中反映，隨著預(yù)添AIN量的遞增，高溫?zé)o壓燒結(jié)產(chǎn)物的力學(xué)性能可獲得一定的提高;750℃模壓成型后經(jīng)高溫?zé)o壓燒結(jié)的燒結(jié)產(chǎn)物抗彎強(qiáng)度比僅冷壓成型的無(wú)壓燒結(jié)產(chǎn)物要高;未添加AIN的原料體系，在1600℃~1800℃的燒結(jié)溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的提高，逐漸增強(qiáng)。

  對(duì)比無(wú)壓燒結(jié)致密過(guò)程發(fā)現(xiàn)隨著燒結(jié)溫度的升高，無(wú)壓燒結(jié)產(chǎn)物致密度獲得一定的提高，即燒結(jié)溫度和 AIN的預(yù)添量在以Al、C（炭黑）和Si3N4為反應(yīng)原料，預(yù)加部分AIN并以 Y2O3助燒的情況下無(wú)壓燒結(jié)AIN/SiC復(fù)合陶瓷材料的工藝條件下，是影響強(qiáng)度的主要因素。

  針對(duì)熱壓燒結(jié)工藝，選取了450℃起始加載10MPa至高溫1850℃保溫保壓結(jié)束的熱壓燒結(jié)工藝，討論AlN的預(yù)加入與力學(xué)性能之間的關(guān)系如圖2所示。由圖2，可發(fā)現(xiàn)在60wt%范圍內(nèi)，隨著AIN預(yù)加量的遞增，燒成產(chǎn)物的抗彎強(qiáng)度從616MPa附近下降至374MPa附近，而斷裂韌性呈升高的趨勢(shì)。抗彎強(qiáng)度的規(guī)律性同該工藝熱壓燒結(jié)預(yù)加AIN的原料體系致密度規(guī)律相符合，即致密度的下降會(huì)導(dǎo)致抗彎強(qiáng)度的下降。這個(gè)規(guī)律性較其他復(fù)合陶瓷材料是一致的。同時(shí)根據(jù)復(fù)相陶瓷的燒成規(guī)律，力學(xué)性質(zhì)也由其組織晶粒間界面狀態(tài)和孔隙及狀態(tài)所決定。參考燒成產(chǎn)物的物相分析，以 Al、C（炭黑）和Si3N4作為原料，引入Y2O3反應(yīng)燒結(jié)的結(jié)果是有部分YAG和Sialon處于晶界相位置。因YAG和Sialon與SiC在高溫環(huán)境中能夠形成一定程度的浸潤(rùn)，而與AIN 的界面都不能夠充分浸潤(rùn)。另一方面，AIN本身不具有熔融溫度，只能在高于2200℃升華。因此，可認(rèn)為在本研究采用的反應(yīng)燒結(jié)產(chǎn)物中，AlN與其他物相界面的結(jié)合也是決定其力學(xué)性能的根本因素之一。

  斷裂韌性方面，除空隙率影響的因素外，主要還和斷裂機(jī)制有關(guān)。由于AIN的結(jié)構(gòu)屬于六方閃鋅礦結(jié)構(gòu),反應(yīng)制備AlN/SiC復(fù)合材料過(guò)程中,新生成的AIN結(jié)晶狀態(tài)比較容易形成具有一定長(zhǎng)徑比的晶體顆粒。另外，對(duì)于預(yù)加AIN的燒結(jié)產(chǎn)物而言，盡管物相組成反映的情況表明預(yù)加AIN并未直接參與反應(yīng)，然而其顆粒本身具有六方結(jié)構(gòu),高溫階段反應(yīng)得到的AIN在預(yù)加的AIN顆粒表面更加容易結(jié)晶促使預(yù)加AIN顆粒進(jìn)一步長(zhǎng)大，從而更加容易獲得具有長(zhǎng)徑比的AIN顆粒。這些具有一定長(zhǎng)徑比的AlN顆粒盡管對(duì)抗彎強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不**，但是對(duì)于斷裂過(guò)程而言有較為**的影響。這種影響也可由燒成產(chǎn)物的斷口形貌反映，如圖3所示。

  分析圖3，反映以Al、C（炭黑）和 Si3N4為基礎(chǔ)原料，在有Y2O3 3wt%的情況下預(yù)加不同填量AIN混合后經(jīng)過(guò)1850℃、10MPa熱壓燒結(jié)得到的4種斷口形貌。據(jù)圖可發(fā)現(xiàn)隨著預(yù)加AIN的的加入，產(chǎn)物中AIN顆粒的尺寸略微增大，并趨向于具有長(zhǎng)徑比的六方相Z軸生長(zhǎng)，進(jìn)而促使燒成產(chǎn)物斷裂時(shí)，在沿晶斷裂的機(jī)制以外，還有導(dǎo)致裂紋偏轉(zhuǎn)的AIN晶粒;同時(shí)，由于部分AIN顆粒具有了一定的長(zhǎng)徑比，在斷裂的過(guò)程中，可以導(dǎo)致部分AIN晶粒的拔出，從而進(jìn)一步增加了斷裂韌性。因此，在原料體系中預(yù)加一定量的AlN，可因AIN在高溫反應(yīng)過(guò)程中有序長(zhǎng)大，起到自增韌的作用。因此，對(duì)于工藝和性能之間的關(guān)系討論，也需要對(duì)研究中選取的燒結(jié)工藝過(guò)程中Al、C(炭黑)、Si3N4、Y2O3以及預(yù)加AIN的反應(yīng)燒結(jié)機(jī)理進(jìn)行討論來(lái)支持。

  通過(guò)對(duì)熱壓燒結(jié)工藝反應(yīng)制備AIN/SiC復(fù)合陶瓷材料的討論,本研究將Al、C(炭黑）和 Si3N4提出的化學(xué)計(jì)量比配料，預(yù)添AIN30wt%并加入Yz2O3 3wt%做為助燒劑，經(jīng)混合后，450℃起始加載10MPa 至1850℃保溫保壓1.5h后卸載，獲得的AlN/SiC復(fù)合陶瓷材料經(jīng)測(cè)試抗彎強(qiáng)度560+20MPa，斷裂韌性3.76+0.3MPa-m1/2，維氏硬度2.2GPa，致密度99.74%，表觀熱導(dǎo)達(dá)到103W/m·K。

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