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C/h-BN层状复合材料的界面层设计与制备

作　者: 郭圣波
导　师: 王为民
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料学
关键词: C/h-BN 层状材料热压烧结 SPS烧结界面扩散
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

石墨材料作为早期蒸镀金属的蒸发源材料,具有许多优良的性质,如良好的耐高温性、热稳定性,良好的导电性,较好的抗热震性能等。然而石墨材料在高温下易氧化、易与蒸镀的金属发生化学反应导致坩埚开裂,影响使用寿命。六方BN与石墨具有相同的晶体结构,极为相似的热膨胀系数和热导率,优良的耐冷热循环冲击特性,是最理想的热匹配体系。而且BN对熔融金属的耐腐蚀性也很好,具有良好的高温电绝缘性和机械加工性能。如果将石墨与六方BN制成C/h-BN叠层状复合材料,根据复合材料的加和性,C/h-BN材料可保持单相的性质,同时具有两者共同优良的性质,这样为设计和制造新型的具有高耐热冲击性的热匹配型的蒸发源材料提供了极大的可能。本文采用热压烧结和SPS烧结两种烧结技术制备了C/h-BN层状复合材料,通过对石墨层与BN层之间的界面层进行设计,研究了烧结方式、烧结温度、保温时间、BN层厚度、中间层成分等参数对材料结构和性能的影响。在C/h-BN层状复合材料的热压烧结研究中,BN的致密度随着烧结温度的升高而增大,随着烧结温度的升高,材料界面结合状态逐渐改善,层间出现了过渡区域。烧结温度越高,层状复合材料的层间结合强度越高;研究表明,过长的保温时间对材料力学性能不利,材料的抗热震性能是随着烧结温度的升高是逐渐提高的。采用SPS烧结技术制备了C/h-BN层状复合材料。研究发现,随着烧结温度的升高,BN的致密度也是逐渐增加的。高温下过长的保温时间对BN致密度和材料界面结合不利。这可能与BN晶粒异常长大有关。随着烧结温度的升高,元素扩散加剧,过渡层的厚度越厚,材料的层间界面结合强度升高,石墨层与BN层结合的越好。试样的抗热震性能在保温较短的时间内随着烧结温度的升高也是逐渐增加的。而在保温较长的时间（15min）内,试样的抗热震性能先增加后减小。试样随着BN厚度的增加,其界面的结合状况是逐渐劣化的。研究表明,适当的中间层有利于C/h-BN层状复合材料的层间结合。中间层的材料体系为A1-BN混合物。采用中间层铝含量为20wt%、40wt%、60wt%、80wt%的试样进行烧结。研究发现,在铝含量较低情况下,中间层主要生成物的是A1N,随着铝含量的增多,中间层生成的A1N也越多,当铝含量达到80wt%时,有极少量的Al₄C₃生成。热压烧结与SPS烧结相比,热压烧结时间较长,对材料界面

C/h-BN层状复合材料的界面层设计与制备

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