论文部分内容阅读
本实验的目的是制备一种玻璃/AlN低温共烧复合材料体系并对其性能进行研究。为使复合材料在常压及较低的温度下烧结致密，先后设计了钙硼硅玻璃和多元硼硅酸盐玻璃组分，然后分别将所制备的玻璃与AlN陶瓷粉体复合。实验过程中分别采用SEM，XRD等分析测试手段，通过对材料的烧结性能，相组成，显微结构等方面的分析，系统研究了玻璃组成，烧结温度及AlN含量对复合材料性能的影响。首先，通过CaO-B2O3-SiO2三元相图确定钙硼硅玻璃的组分，然后研究了纯玻璃的烧结性能及物相组成，结果表明纯钙硼硅玻璃可在850℃下烧结致密，烧结后析出了石英（quartz）和硼酸钙（CaB2O4）晶相。将制备的钙硼硅玻璃与AlN复合，由于玻璃对AlN陶瓷颗粒的润湿性较差，并且AlN本身的自扩散系数较高，所以复合材料难以烧结致密。其次，为得到低软化温度的硼硅酸盐玻璃，在钙硼硅玻璃的基础上添加了BaO、Al2O3、Li2O和ZnO等组分。通过分析玻璃软化特性及对AlN基板的润湿性能，选择具有较低熔融温度并对AlN润湿性较好的两种多元硼硅酸盐玻璃与AlN复合。系统研究了复合材料的烧结性能，结果表明复合材料的致密化过程主要受烧结温度和玻璃含量的影响，玻璃相含量越高，复合材料烧结致密所需的温度越低，而对于本实验中的玻璃/AlN复合体系，为使材料烧结致密，所需的玻璃量至少为60wt%。物相分析表明，烧结后的复合材料的主要晶相为氮化铝和钡长石晶相。初步分析表明，本实验中的多元硼硅酸盐玻璃/AlN复合体系的烧结属于无反应的液相烧结。最后，探讨了多元硼硅酸盐玻璃/AlN复合材料的热导率，热膨胀系数，介电常数，介电损耗及抗弯强度等性能。结果表明，结构致密是复合材料具有良好性能的前提，气孔率会严重降低材料的性能。对于烧结致密的多元硼硅酸盐玻璃/AlN体系，材料的各项性能随着AlN含量的增加而升高，当AlN含量为40wt%时，复合材料具备相对较高的热导率及较低的介电常数和介电损耗，同时其热膨胀系数及抗弯强度等性能也均满足低温共烧陶瓷的使用要求。