自蔓延法(SHS)制備六方氮化硼陶瓷

自蔓延技術(shù)是利用化學(xué)反應(yīng)自身放熱合成材料的一種新技術(shù),反應(yīng)一旦引發(fā),完全(或部分)不需要外熱源就能維持反應(yīng),是制備六方氮化硼陶瓷材料比較先進(jìn)的方法。

自蔓延反應(yīng)溫度高,反應(yīng)劇烈,合成過程難以控制,可通過添加六方氮化硼粉作為稀釋劑降低反應(yīng)的劇烈程度?？茖W(xué)家以無定形硼粉和氮?dú)鉃樵?六方氮化硼粉為稀釋劑,通過自蔓延燃燒結(jié)合熱等靜壓制備出了六方氮化硼陶瓷。由于原料的不充分燃燒會降低氮化硼的純度,通過添加稀釋劑和結(jié)合熱等靜壓使氮?dú)馀c硼粉較充分地接觸并反應(yīng),提高了轉(zhuǎn)化率。制備過程中的高溫?zé)Y(jié)作用、燃燒生成六方氮化硼時產(chǎn)生的體積膨脹效應(yīng)和氣相壓力作用會使產(chǎn)物致密化,但是如稀釋劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高,使膨脹不足以充滿空隙,使密度有所下降。

與傳統(tǒng)的無壓燒結(jié)和熱壓燒結(jié)相比,自蔓延法具有節(jié)能、生產(chǎn)過程簡單、反應(yīng)迅速、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn),并且避免了助燒劑的加入使六方氮化硼高溫使用性能下降的缺點(diǎn)。但是,坯體內(nèi)部原料相互接觸不充分、反應(yīng)氣體留下的氣孔難以排出會影響產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率和致密度。因此,對于如何提高轉(zhuǎn)化率和降低氣孔率還需做進(jìn)一步的研究。

此外,國內(nèi)外也有采用CVD法來制備六方氮化硼陶瓷,美國聯(lián)合碳化物公司用CVD法,以BCl3為硼源,NH3為氮源,1 800~2 000℃條件下在臥式爐中石墨襯底上制備出了致密的六方氮化硼坩堝和夾持桿。中科院金屬所經(jīng)過多年自主創(chuàng)新,用同樣的原料在1 900℃條件下,使用感應(yīng)爐制備出了六方氮化硼夾持桿,密度為2.05~2.15 g/cm3,純度達(dá)到99.99%。目前,CVD氮化硼已被成功用于大功率微波管的輸能窗材料。