[发明专利]一种AlN-SiC固溶体晶须及其制备方法

说明书

本发明具体涉及一种AlN‑SiC固溶体晶须及其制备方法。其技术方案是：按Al₄SiC₄粉料∶纳米镍粉的质量比为1∶（0.005~0.05），将Al₄SiC₄粉料和纳米镍粉混合，在5~50MPa条件下压制成型；将成型后的坯体装入石墨坩埚内，置于管式刚玉炉中，在氮气气氛和1300~1900℃条件下保温60~600min，以5~10℃/min的速率冷却至800~1000℃，自然冷却，制得AlN‑SiC固溶体晶须。所述AlN‑SiC固溶体晶须生长在所述Al₄SiC₄坯体表面。所述Al₄SiC₄粉料的Al₄SiC₄含量≥98.0wt%，粒度≤150μm。本发明工艺简单、晶须尺寸可控、收得率高和化学成分分布均匀，制备的AlN‑SiC固溶体晶须导热性高、电绝缘性能好和机械性能优越，适合工业化生产及推广应用。

技术领域

本发明属于AlN-SiC固溶体材料领域。具体涉及一种AlN-SiC固溶体晶须及其制备方法。

背景技术

AlN材料具有较低的密度、较高的热导率、较高的电阻率、较大的机械强度、抗氧化性能优良和抗热震性能好等优点，广泛应用于电子衬底、切削工具、散热器和许多高温结构部件领域；但由于它的韧性较差，使它在承载轴承方面的应用受到限制。AlN和SiC具有相似的晶体结构和高温性能，已有许多报道用多种方法成功制备出AlN-SiC固溶体，从而提高了陶瓷材料的机械性能。

目前，Chen Kexin等人（Chen K, Jin H, Zhou H, et al. Combustionsynthesis of AlN–SiC solid solution particles[J]. Journal of the EuropeanCeramic Society, 2000, 20(14–15)2601-2606.）用铝粉、硅粉和炭黑合成AlN-SiC固溶体粉末，公开了氮气压力、(Si+C)/Al原子的比例对反应产物AlN-SiC晶相和燃烧过程的影响，该法反应温度和速率很难控制，晶体生长不完整；R. Roucka等人利用分子束外延法制备了AlN-SiC固溶体薄膜（Roucka R, Tolle J, Chizmeshya A V, et al. Low-temperatureepitaxial growth of the quaternary wide band gap semiconductor SiCAlN.[J].Physical Review Letters, 2002, 88(20)206102.），该方法用H₃SiCN蒸汽和Al原子制备AlN-SiC固溶体薄膜，虽所需的温度较低，但反应系统复杂、晶体的生长速度慢和生长面积也受到一定限制；I.Jenkins等人用化学金属有机化学气相沉积法制备了AlN-SiC固溶体（Jenkins I, Irvine K G, Spencer M G, et al. Growth of solid solutions ofaluminum nitride and silicon carbide by metalorganic chemical vapordeposition[J]. Journal of Crystal Growth, 1993, 128(1–4):375-378.），该方法以硅烷、丙烷、氨气和三甲基铝作为反应气体，以氢气作为传输气体，虽在Si和SiC基体上生长出AlN-SiC固溶体，但原料处理工艺复杂，合成率低。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单、晶须尺寸可控、收得率高和化学成分分布均匀的AlN-SiC固溶体晶须的制备方法，所制备的AlN-SiC固溶体晶须生长在所述Al₄SiC₄坯体表面，所述AlN-SiC固溶体晶须材料导热性高、电绝缘性能好和机械性能优越。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：