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无压烧结和热压烧结法都是将六方氮化硼粉末在高温下烧结得到致密的烧结体,而热压烧结则在烧结过程中同时施加高压条件。由于六方氮化硼陶瓷难烧结,一般需在1 800℃以上的高温条件下才能制得致密度良好的六方氮化硼。为了降低烧结温度,往往需要加入Al2O3、Y2O3等作为添加剂,利用烧结时产生液相来促进烧结。烧结过程中产生的液相一方面可以起到颗粒粘结作用,另一方面可以使片状六方氮化硼定向排列,防止因六方氮化硼晶体在烧结时形成卡片搭桥结构阻碍材料的收缩。研究者们采用无压烧结,烧结过程中加入Al2O3-Y2O3二元添加剂,使之形成低共熔点化合物,从而在相对较低的温度下形成液相,促进了六方氮化硼的烧结,最终产品密度为1.74 g/cm3,与用单一添加剂制备出的六方氮化硼陶瓷(密度1.17~1.24 g/cm3)相比有了很大提高。通过添加助烧剂而获得的六方氮化硼虽然致密度得到一定提高,但是会降低六方氮化硼的高温使用性能。
为了解决这两者之间的矛盾, 研究者们采用热等静压法在温度1800℃,压力206.8 MPa的氩气气氛条件下,不使用助烧剂烧结出了密度为2.21 g/cm3,w(氧)小于1%的高纯高致密六方氮化硼陶瓷。热等静压法可以制备高纯高致密度、形状复杂且各向同性的六方氮化硼,但是成本过高使其应用受到限制。
研究表明,纳米级的六方氮化硼粉在1 200℃左右就开始熔化,并能烧结成致密的烧结体,比用微米级的六方氮化硼粉烧结温度降低了近1 700℃。这为在低温且不加添加剂条件下烧结出高致密度的六方氮化硼陶瓷提供了新的思路。
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