氮化鋁/碳化硅復(fù)合材料的制備及應(yīng)用（AIN/SiC）

  從 AIN和SiC兩種陶瓷材料的晶體結(jié)構(gòu)分析，都具有較高共價鍵鍵能，因此在2100℃以下很難以實現(xiàn)燒結(jié)致密。AIN/SiC陶瓷制備的途徑和工藝條件一直受到研究者的關(guān)注。能夠降低AIN/SiC復(fù)合陶瓷材料制備工藝條件的途徑之一，就是采用AIN/SiC復(fù)合陶瓷材料的**復(fù)合粉體，由于**復(fù)合粉體的工藝性較好并且可獲得的途徑較多，成為人們探討AIN/SiC復(fù)合陶瓷材料制備工藝的主要內(nèi)容。因此可由關(guān)注AIN/SiC**復(fù)合粉體的制備工藝入手來了解目前AIN/SiC復(fù)合材料的制備。對于AIN/SiC復(fù)合粉體的制備，可歸納為以下幾個途徑。

(1）粉碎法。

粉碎法制備AIN/SiC復(fù)合陶瓷材料**粉體可分為傳統(tǒng)工藝與新型工藝。傳統(tǒng)工藝采用的手段包括機械球磨粉碎、爆炸反應(yīng)等。機械粉碎法制備AlN/SiC復(fù)合材料粉體的工藝成本較低，工藝操作簡單、適合有產(chǎn)量要求的情況。但是通過這些傳統(tǒng)工藝制備的 AIN/SiC粉體組分不利于實現(xiàn)均勻分布，粒度范圍較寬即**粉產(chǎn)率低，不易于控制雜質(zhì)的引入。因而，將傳統(tǒng)粉碎法得到的 AlN/SiC復(fù)合粉體原料，即便以熱壓燒結(jié)的工藝也難以實現(xiàn)較高的致密和組織均一性，得不到理想的性能。粉碎法的新型工藝包括超聲粉碎法、高能球磨法、助磨劑粉碎法等。采用這些新方法制備得到的粉體粒徑可小于100nm，組分的均勻性也可獲得改善。因此，粉碎法制備AIN/SiC**粉體的工藝又使人們恢復(fù)了興趣。

(2)Sol-gel 法（即溶膠-凝膠法)。

應(yīng)用溶膠-凝膠法制備AlN/SiC**粉在近年來成為研究熱點，溶膠-凝膠法基本過程是水解反應(yīng)后的聚合反應(yīng)。**的反應(yīng)可表述為式1和式2。

  Sol-gel法的優(yōu)勢在于可在較低溫度下制備成分、粒徑均勻分布的高活性復(fù)合**粉。周松青等用溶膠-凝膠碳熱氮化法在1550~1650℃獲得粒徑為0.2um左右的AIN/SiC復(fù)合**粉末,在無燒結(jié)助劑情況下1800℃保溫1h無壓燒結(jié)獲得致密度97%的燒成產(chǎn)物。

(3)碳熱還原-氮化法。

目前對合成AIN/SiC，該方法已進入了較深入的研究階段。該制備工藝影響因素復(fù)雜并且是一個多步反應(yīng)過程，產(chǎn)物的狀態(tài)由原料粒徑分布、形狀、純度等決定。因其反應(yīng)機理還沒有完全定論，所以該工藝制備AlN/SiC還處于完善階段。

(4)CVD法。即化學(xué)氣相沉積法。

該方法通過實現(xiàn)熱化學(xué)氣相反應(yīng)并使物質(zhì)形核生長，從而獲得**粉體。CVD法制備粉體的原理是在高溫下可使反應(yīng)產(chǎn)物過飽和，蒸氣壓**增加，導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物晶核在氣氛中成核并在一定溫度下發(fā)生晶化。當反應(yīng)產(chǎn)物隨氣氛流動和傳遞進入低溫區(qū)，溫度的降低**了顆粒生長、聚集以及晶化，即可獲得**粉。該方法的優(yōu)勢在于制備粉體可調(diào)的工藝參數(shù)很多，適合工藝優(yōu)化調(diào)整，制備AIN/SiC粉體可獲得粒徑分布窄、優(yōu)良分散的極細粉。利用流化床CVD法，使SiC粉末在N2～NH;流化床與AlCI3氣體在800~1000℃高溫作用，得到燒結(jié)性能**的AIN/SiC 復(fù)合粉體。

(5)自蔓延法。

自蔓延法，是利用強制點燃引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)放熱，為周圍未反應(yīng)原料提供溫度驟然升高的條件從而繼續(xù)引發(fā)反應(yīng)的高溫合成無機非金屬材料的方法。其工藝特點在于反應(yīng)迅速、易于實現(xiàn)、易于獲得高純產(chǎn)物等。對AIN/SiC復(fù)合材料形成固溶有較高的工藝優(yōu)勢。陳克新等[9'以Al粉、Si粉和碳黑為原料，以自蔓延法制備了圓整度較高的AIN/SiC粉體。以Al、Si、C和B-SiC為原料自蔓延制備AIN/SiC粉末的同時，指出粉末晶相成分的均勻度隨著N2氣壓增大而得到完善。

AlN/SiC復(fù)合材料的應(yīng)用

  AlN/SiC材料復(fù)合能夠解決單純的氮化鋁和單純的碳化硅難于燒結(jié)的難題，并且燒結(jié)產(chǎn)物的力學(xué)性能由于生成AIN-SiC固溶體而得到**的提高。AIN/SiC復(fù)合材料高溫耐蝕性較好，在1200℃以下具有很好的耐氧化性能。由于 SiC本征熱導(dǎo)較低的原因，在熱導(dǎo)方面AlN和SiC的復(fù)合應(yīng)比氮化鋁單質(zhì)低，但是如在體系中預(yù)加氮化鋁，仍然能夠在一定程度上彌補熱導(dǎo)的欠缺，得到具有一定較好導(dǎo)熱性的材料，可以設(shè)想應(yīng)用在大規(guī)模集成電路中作為基板材料。

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