[发明专利]一种氮化铝陶瓷材料的低温烧结工艺

说明书

本发明公开了一种氮化铝陶瓷材料的低温烧结工艺，属于陶瓷材料技术领域，包括以下步骤：步骤S1、将氮化铝粉体、纳米金刚石和烧结助剂进行混料，得到混合粉料；步骤S2、按照质量比1:1:5‑6将混合粉料、无水乙醇和球磨介质加入球磨机中，球磨分散均匀后，烘干、研磨并过筛，得到烧结粉料；步骤S3、将烧结粉料加入热压金属模具中压实，得到胚体；步骤S4、将坯体转入石墨模具中，在温度为1600‑1650℃、压力为25‑30MPa和氮气保护条件下，进行低温热压烧结2‑3h，得到氮化铝陶瓷材料；本发明将纳米金刚石与多元烧结助剂配合使用，能够降低烧结温度，得到致密度高、热导率高、断裂韧性强的氮化铝陶瓷材料。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种氮化铝陶瓷材料的低温烧结工艺。

背景技术

氮化铝陶瓷由于其优越的特性如高热导率、优异的电绝缘性和介电性、良好的弯曲强度和硬度、强抗腐蚀能力、与硅相匹配的热膨胀系数等，被认为是一种非常有发展前景的陶瓷材料，近年来更是已经得到了广泛的应用。氮化铝属于共价化合物，自扩散系数小，将其直接烧结致密化较为困难，氮化铝陶瓷的理论热导率高达320W/(m·K)，但是实际生产的氮化铝陶瓷热导率与理论值相差甚远，因而目前制备氮化铝陶瓷通常需要添加烧结助剂促进烧结，即便添加烧结助剂制备氮化铝陶瓷，但烧结过程仍需要1800℃以上的高温才能得到致密度较高、导热系数良好的氮化铝陶瓷材料。

随着科学技术的发展，对所用材料的性能要求越来越高，在某些特定领域，对氮化铝陶瓷材料要求高热导率(热导率≥200W/(m·K))的同时还要求其具备较好的断裂韧性，因此，亟需开发出同时具备高热导率和高断裂韧性的氮化铝陶瓷材料，来满足特定领域的使用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化铝陶瓷材料的低温烧结工艺，以解决背景技术中的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种氮化铝陶瓷材料的低温烧结工艺，包括以下步骤：

步骤S1、将氮化铝粉体、纳米金刚石和烧结助剂进行混料，得到混合粉料；

步骤S2、按照质量比1:1:5-6将混合粉料、无水乙醇和球磨介质加入球磨机中，球磨分散均匀后，烘干、研磨并过筛，得到烧结粉料；

步骤S3、将烧结粉料加入热压金属模具中压实，得到胚体；

步骤S4、将坯体转入石墨模具中，在温度为1600-1650℃、压力为25-30MPa和氮气保护条件下，进行低温热压烧结2-3h，得到氮化铝陶瓷材料。

进一步地，所述纳米金刚石的平均粒径为5-10nm；纳米金刚石用量为氮化铝粉体的3-4wt％。在氮化铝粉体中添加适量的纳米金刚石烧结后，能够提高氮化铝陶瓷材料的导热性；一方面，纳米金刚石与氮化铝都是块粒状三维结构材料，同属六方晶系，晶体结构相似，因此具有很好的相容性，不会破坏晶粒形态，纳米金刚石具有很好的导热性，能够提高氮化铝陶瓷材料的导热性；另一方面，纳米金刚石在烧结时能够释放具有强驱氧作用的无定形碳，与多元烧结助剂协同作用，不仅能高效地驱除氮化铝晶格内的氧原子，而且能够减少沉积的钇铝酸盐晶界相，削弱氧元素的缺陷效应，进一步提高氮化铝陶瓷材料的导热性。

进一步地，所述纳米金刚石在混料前为改善纳米金刚石的分散性，对纳米金刚石进行表面改性处理，包括先将纳米金刚石加入混合酸溶液中，在100℃下磁力搅拌1h，洗涤至中性后，在400-430℃的马弗炉中煅烧处理1h；通过酸化和煅烧处理后的纳米金刚石，具有更好的分散性，使纳米金刚石在球磨混料时均匀地分散在氮化铝粉体中，避免纳米金刚石团聚而对氮化铝陶瓷材料的力学性能带来负面影响。

进一步地，所述金刚石与混合酸溶液的用量比为1g：50mL，所述混合酸溶液为浓硝酸与浓硫酸按照体积比1:3混合制得。