氧含量对氮化铝陶瓷抗弯强度及热导率的影响

浦恩祥; 周文祥; 陈泽基; 张智睿; 黄佑文; 徐世春; 贾宝瑞; 秦明礼

doi:10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2024010006

粉末冶金技术 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (3) : 249 -257. DOI: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2024010006

氧含量对氮化铝陶瓷抗弯强度及热导率的影响

浦恩祥, 周文祥, 陈泽基, 张智睿, 黄佑文, 徐世春, 贾宝瑞, 秦明礼

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摘要

以Al₂O₃粉末和碳黑作为原料，采用碳热还原法并通过控制除碳工艺过程制备不同氧含量的Al N陶瓷粉末，高氧Al N粉末中氧质量分数为0.9%，低氧Al N粉末中氧质量分数为0.6%。以两种氧含量Al N陶瓷粉末为原料制备Al N陶瓷样品，采用三点弯曲法和3ω法在77～350 K范围内测试了Al N陶瓷的抗弯强度和热导率，研究了氧含量对AlN陶瓷抗弯强度和热导率的影响，并与Al₂O₃陶瓷、Si₃N₄陶瓷的力学和导热性能进行对比。结果表明：高氧Al N陶瓷样品中第二相含量较多，低氧Al N陶瓷样品中第二相含量较少。第二相抑制了Al N晶粒的长大，起到细晶强化的作用，但是第二相的存在降低了声子的自由程，降低了热导率。在实验温度范围内，高氧AlN陶瓷样品抗弯强度高于低氧Al N陶瓷样品，热导率低于低氧Al N陶瓷样品。相比较于Al₂O₃陶瓷和Si₃N₄陶瓷，AlN陶瓷的室温抗弯强度比Al₂O₃陶瓷略高，但不如Si₃N₄陶瓷；AlN陶瓷的室温热导率比Al₂O₃陶瓷和Si₃N₄陶瓷高，达到了200 W·m^-1·K^-1。同时，AlN陶瓷在低温下也能保持高热导率和较高的抗弯强度，相对于Al₂O₃陶瓷和Si₃N₄陶瓷，其低温应用更加广泛。