纳米AlN陶瓷材料制备和超塑性研究

摘要

陶瓷超塑性是解决陶瓷材料难于加工问题的新途径。A1N陶瓷是一种理想的电子封装材料，应用前景十分广阔，复杂形状的A1N陶瓷零件应用越来越广泛，然而到目前为止，国际上还没有制备出具有超塑性的纳米A1N陶瓷。本文采用MoSi2作为烧结助剂，通过真空热压烧结方法烧结纳米A1N粉体，制备了具有超塑性的纳米A1N陶瓷，研究了纳米 A1N陶瓷的微观组织、力学性能和超塑性性能。
　　采用机械合金化的方法制备纳米晶 MoSi2烧结助剂，球磨时间分别为96h、144h和192h，在球磨罐转速选为510rpm的条件下分别得到三组MoSi2粉体。对三组MoSi2粉体做XRD、TEM、DTA及EDS等分析，得到它们的组织性能和晶粒尺寸，通过比较得出球磨时间144h的MoSi2粉体组织均匀且晶粒尺寸最小，只有12.68nm。
　　将球磨时间144h的MoSi2粉体作为烧结助剂，采用真空热压烧结方法在1500℃、1600℃和1700℃的温度下烧结A1N粉体，得到纳米A1N陶瓷。为便于比较，在对应烧结温度下又烧结出纯A1N陶瓷。将得到的陶瓷块体做XRD、TEM及DTA分析以得到它们的组织性能；同时也研究了陶瓷块体材料的弹性模量、维氏硬度和断裂韧性等力学性能。通过比较得出：以MoSi2粉体作为烧结助剂的纳米A1N陶瓷，在相同烧结温度下致密度大幅度提高，最大可以达到99.1％；而且塑性明显优于纯A1N陶瓷。
　　对纳米 A1N陶瓷进行压缩和挤压实验，在1600℃，应变速率为4.0×10-3s-1的条件下，压缩比达到71%，表明纳米 A1N陶瓷具有优良的超塑性。在1600℃，对纳米陶瓷进行了正反复合挤压成形，成形出了陶瓷环形试件，用SuperForm有限元软件对纳米A1N陶瓷超塑性挤压过程进行了数值模拟，并与实验结果进行了比较，得到了纳米陶瓷超塑性变形的基本规律。

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第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 氮化铝陶瓷的性能及烧结方法

1.3 烧结助剂MoSi2 的制备方法

1.4 氮化铝陶瓷的应用

1.5 陶瓷超塑性及超塑性成形的发展

1.6 选题的目的和意义

1.7 本文研究的主要内容

第2章 机械合金化制备纳米晶MoSi2粉体

2.1 引言

2.2 材料与实验方法

2.3 材料的组织结构分析方法

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第3章 纳米AlN粉体的烧结行为

3.1 引言

3.2 纳米AlN块体烧结

3.3 烧结实验结果与分析

3.4 力学性能

3.5 本章小结

第4章 纳米AlN陶瓷的超塑性研究

4.1 引言

4.2 压缩实验

4.3 超塑性挤压试验

4.4 超塑性变形机理

4.5 超塑性变形的有限元模拟

4.6 纳米AlN陶瓷超塑性挤压工艺模拟结果与分析

4.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研项目及主要成果

致谢

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