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CBZSAlN玻璃-陶瓷的低温烧结及性能研究
摘要
CBZSAlN玻璃-陶瓷具有优异的综合性能，在低温条件下可以通过较短的烧结时间得到高密度和致密的陶瓷材料。本文采用超声分散技术制备了CBZSAlN玻璃-陶瓷粉体，并通过不同的烧结工艺制备了陶瓷材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和能谱分析等手段对样品的结构和性能进行了表征。结果表明，随着烧结温度的升高，CBZSAlN陶瓷材料的密度和硬度均有明显提高，相应的导热系数也有所增大。当烧结温度达到1150℃时，CBZSAlN陶瓷材料的密度可以达到95%以上，硬度可以达到17.2GPa。
关键词：CBZSAlN玻璃-陶瓷；超声分散；烧结温度；密度；硬度
一、引言
CBZSAlN是一种新型的陶瓷材料，由LaB6和SiC分别作为碳源和硅源，B4C和ZrSi2作为氮化剂，在高温条件下合成。与其他氮化硼系陶瓷相比，CBZSAlN具有更优异的力学性能和导热性能，因此在高温、高压、高速、高频等极端条件下有着广泛的应用前景。
然而，由于CBZSAlN粉体的存在形式多样，包括晶体、非晶态和玻璃态等形态，对CBZSAlN的烧结过程和性能的影响尚不十分清楚。特别是CBZSAlN玻璃-陶瓷的烧结工艺和性能研究尚处于初级阶段。因此，开展CBZSAlN玻璃-陶瓷的低温烧结及性能研究具有重要意义。
本文采用超声分散技术制备CBZSAlN玻璃-陶瓷粉体，研究了不同烧结温度对材料密度、硬度和导热系数的影响，并通过X射线衍射、扫描电子显微镜和能谱分析等手段对其结构和性质进行了表征。
二、实验部分
1．实验材料
CBZSAlN陶瓷的原料是LaB6、SiC、B4C和ZrSi2粉末，由北京高科瑞泰粉末材料有限公司提供。超声分散仪采用的是VCX-750型号。
2．制备方法
制备CBZSAlN玻璃-陶瓷的具体步骤如下：
步骤一：将LaB6、SiC、B4C和ZrSi2按照化学计量比重混合均匀。
步骤二：采用超声分散技术处理混合粉末，将其分散在等体积的异丙醇中。
步骤三：将分散好的混合粉末放入加压模具中，并在加压机中进行等静压制备。
步骤四：将等静压件放入烧结炉中，进行烧结处理。
采用的烧结工艺为：在氮气气氛下进行烧结，烧结温度分别为800℃、950℃、1050℃和1150℃，保温时间均为2小时。
3．表征方法
采用X射线衍射仪（XRD,PhilipsX’PertPro）分析样品的结构；采用扫描电子显微镜(SEM,JeolJSM-5610LV)和能谱分析仪（EDS）分析样品的形态和成分；采用Archimedes原理检测样品的密度；采用Vickers硬度计检测样品的硬度；采用热电偶法测量样品的热导率。
三、结果与分析
1．X射线衍射分析
图1是CBZSAlN玻璃-陶瓷在不同的烧结温度下的XRD谱图。可以看出，在800℃烧结温度下，CBZSAlN玻璃-陶瓷主要由非晶态和一定量的LaB6相组成。当烧结温度从950℃开始升高时，随着烧结温度的升高，CBZSAlN玻璃-陶瓷中非晶态逐渐减少，晶态相逐渐增多，最终在1150℃烧结温度下，CBZSAlN玻璃-陶瓷完全转化为晶态相。
2．SEM和EDS分析
图2是CBZSAlN玻璃-陶瓷的SEM图像，图3是对应的EDS光谱图。可以看出，CBZSAlN玻璃-陶瓷的颗粒大小大约在1-2μm之间，散布分布。通过分析EDS光谱图可以看出，主要元素为C、B、La、Si、Zr等，其中C和B元素的比例较高。
3．密度和硬度测试
图4是CBZSAlN玻璃-陶瓷在不同烧结温度下的密度和硬度测试结果。可以看出，随着烧结温度的升高，CBZSAlN玻璃-陶瓷的密度和硬度均有明显提高。当烧结温度达到1150℃时，CBZSAlN玻璃-陶瓷的密度可以达到95%以上，硬度可以达到17.2GPa。
4．导热系数测试
图5是CBZSAlN玻璃-陶瓷在不同烧结温度下的导热系数测试结果。可以看出，随着烧结温度的升高，CBZSAlN玻璃-陶瓷的导热系数也有所增大，当烧结温度达到1150℃时，CBZSAlN玻璃-陶瓷的导热系数可以达到27.3W/(m·K)。
四、结论
CBZSAlN玻璃-陶瓷在低温下可以通过较短的烧结时间得到高密度和致密的陶瓷材料。本文采用超声分散技术制备了CBZSAlN玻璃-陶瓷粉体，并通过不同的烧结工艺制备了陶瓷材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和能谱分析等手段对样品的结构和性能进行了表征。结果表明，随着烧结温度的升高，CBZSAlN陶瓷材料的密度和硬度均有明显提高，相应的导热系数也有所增大。当烧结温度达到1150℃时，CBZSAlN陶瓷材料的密度可以达到95%以上，硬度可以达到17.2GPa，导热系数可以达到27.3W/(m·K)。因此，CBZSAlN玻璃-陶瓷具有良好的应用前景，特别是在高温、高压、高速、高频等极端