【摘 要】
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随着科技的发展和集成电路行业的进步,对电子器件内部热管理能力也提出了更高的标准,这要求器件所用材料具有更高的热导率和稳定性。氮化铝（Aluminum Nitride,化学式AlN）作为具有高热导率、高力学性能和耐化学腐蚀性的陶瓷材料,目前在基板材料领域中已受到广泛的关注。本文通过液相辅助超声剥离法从六方氮化硼中获得大横纵比且具有良好分散性的氮化硼纳米片（Boron Nitride Nanoshee
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随着科技的发展和集成电路行业的进步,对电子器件内部热管理能力也提出了更高的标准,这要求器件所用材料具有更高的热导率和稳定性。氮化铝（Aluminum Nitride,化学式AlN）作为具有高热导率、高力学性能和耐化学腐蚀性的陶瓷材料,目前在基板材料领域中已受到广泛的关注。本文通过液相辅助超声剥离法从六方氮化硼中获得大横纵比且具有良好分散性的氮化硼纳米片（Boron Nitride Nanosheets,简称BNNSs）,并将其加入到AlN基体中,制备BNNSs/AlN复合材料,大幅改善AlN陶瓷的力学性能。同时,本文观察了复合材料的微观形貌,分析了 BNNSs对AlN力学性能和热学性能的影响,探究了 BNNSs对AlN力学性能的增强机理。（1）将CeO2和Y2O3加入AlN中,研究二元复合烧结助剂对AlN陶瓷的影响。在1600℃下热压烧结制备AlN陶瓷,加入的CeO2和Y2O3促进了陶瓷的烧结和致密化,有利于制备具有良好力学性能和热学性能的材料。在添加2 wt%CeO2和2 wt%Y2O3时,得到了性能最佳的AlN陶瓷样品,其弯曲强度为371.0 MPa,热导率184.4 W·m-1·K-1。AlN陶瓷的热导率主要受陶瓷密度、晶间二次相、晶界结构和氧等杂质含量的影响。加入烧结助剂后可以提升氮化铝陶瓷的相对密度并净化晶格,改善氮化铝的内部结构,从而提高AlN陶瓷的热导率。（2）利用湿磨混料将BNNSs均匀加入AlN中,1600℃下热压烧结制备BNNSs/AlN复合材料。样品中BNNSs的含量分别为0wt%、0.5 wt%、1 wt%和1.5 wt%,BNNSs在材料中没有产生大规模团聚。BNNSs的加入对材料力学性能具有积极影响,当BNNSs的加入量为1 wt%时样品力学性能最高。其相较未添加BNNSs的AlN样品,弯曲强度由371.0MPa提升到456.6MPa,提升了 23.1%;断裂韧性由2.65 MPa m1/2提升到4.47 MPa·m1/2,提升了 68.7%。复合陶瓷力学性能提高主要是受晶粒细化和BNNSs的影响,由于BNNSs的存在,材料在断裂时需克服纳米片层间力、氮化硼分子键断裂能和纳米片与AlN晶粒间的摩擦力,这大幅提升了材料的弯曲强度和断裂韧性。（3）在BNNSs/AlN粉体中加入工业用堇青石粉,对AlN复合陶瓷材料进行低温烧结。通过对实验过程中成型、排胶和烧结工艺参数的调整,最终在600℃排胶在950℃常压烧结制备复合陶瓷材料。随着堇青石含量增多,烧结过程中产生的更多液相有利于促进复合材料的致密化,当堇青石含量为50wt%得到相对密度最高为71.2%的样品,该样品热导率为1.5W·m-1·K-1。BNNSs在样品中仍保留完好的片状形貌,复合材料热导率受物相组成、气孔率等方面的影响。
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