隨著工程技術(shù)的發(fā)展，越來越多的先進陶瓷材料因具有較高的力學(xué)、抗氧化、絕緣、導(dǎo)熱等優(yōu) 秀性能被用于制成各種產(chǎn)品及零部件，但隨之而來的“加工難”也讓許多生產(chǎn)企業(yè)頭疼。

                                          精密加工氮化硼陶瓷件

之所以產(chǎn)生這個問題，根本原因是先進陶瓷具有較高的硬度而且脆性較大，因此可加工性能較差。但先進陶瓷具備那么多優(yōu)勢，總不能因噎廢食，因此為了改善陶瓷材料的可加工性，就有了這種解決方式——向陶瓷材料中加入六方氮化硼相制備可加工復(fù)相陶瓷。

 一、為什么選擇氮化硼？

氮化硼(boron nitride，BN)是由第三族元素硼(B)和第五族元素氮(N)組成一種重要的III.V族化合物，具有寬帶隙、高熱導(dǎo)率、抗氧化性等優(yōu)異的物理化學(xué)性能，主有兩種晶型：立方氮化硼和六方氮化硼。

其中，六方氮化硼因有著類似石墨的層狀結(jié)構(gòu)和晶格參數(shù)，也被稱為“白石墨”，質(zhì)軟，具有優(yōu) 秀的熱導(dǎo)率和絕緣特性。以它制成的陶瓷制品由于硬度低（莫氏強度2），因此可進行精度為1/100mm的機械加工——這就是向陶瓷材料中加入六方氮化硼可提高其加工性能的主要原因。

按照可加工氮化硼系復(fù)相陶瓷中氮化硼的來源，可將氮化硼系復(fù)相陶瓷的制備方法分為直接混合法，前驅(qū)體化學(xué)預(yù)引入法，原位反應(yīng)合成法和前驅(qū)體浸漬熱解法。

①直接混合法是直接將氮化硼粉末與陶瓷粉末相混合制成復(fù)合粉末，經(jīng)成型工藝和經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)工藝制備可加工氮化硼系復(fù)相陶瓷。由于這種方法引入的六方氮化硼粉末一般為微米級的粉末，采用這種方法制備的復(fù)合材料稱為微米級氮化硼系復(fù)相陶瓷。

②前驅(qū)體化學(xué)預(yù)引入法是先將氮化硼的前驅(qū)體與陶瓷粉末相混合，通過高溫?zé)峤夥磻?yīng)生成納米尺寸的氮化硼顆粒包覆在陶瓷顆粒表面，再將所得的復(fù)合粉末經(jīng)過成型工藝，再經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)工藝制備成氮化硼系復(fù)相陶瓷。由于采用該方法在陶瓷中引入的六方氮化硼為納米尺寸，所以制備出具有納米結(jié)構(gòu)的氮化硼系復(fù)相陶瓷。

③原位反應(yīng)合成法采用含硼元素的化合物與含氮元素的化合物相混合，在高溫下兩種化合物中的硼元素和氮元素發(fā)生反應(yīng)生成六方氮化硼，其他元素發(fā)生反應(yīng)生成另一種陶瓷組元。原位反應(yīng)法是通過化合物之間的反應(yīng)生成六方氮化硼和陶瓷材料最終通過高溫?zé)Y(jié)工藝制備氮化硼系復(fù)相陶瓷。

④前驅(qū)體浸漬熱解法是近幾年來出現(xiàn)的一種向陶瓷材料中引入六方氮化硼的新工藝，其基本工藝是先制備陶瓷坯體，將液態(tài)的前驅(qū)體或者前驅(qū)體溶液通過真空浸漬的方式引入陶瓷坯體，然后加熱使前驅(qū)體熱解轉(zhuǎn)變?yōu)榱降鸫嬖谟谔沾膳黧w中，然后經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)工藝制備氮化硼系復(fù)相陶瓷。

需要氮化硼加入來改善加工性及韌性的，一般都是硬度較大的陶瓷材料，如SiC、Si₃N₄、Al₂O₃、ZrO₂和AlN等。通過加入具有層狀結(jié)構(gòu)的h-BN作為彌散相，控制一定的組成及工藝，可使得高強度陶瓷獲得良好的可加工性能。

總的來說，當(dāng)加工相h-BN顆粒均勻地分布在陶瓷基體中，就能使得復(fù)相陶瓷變得容易進行機械加工。但是由于在陶瓷基體中加入一定量的h-BN相后，由于可加工h-BN相的力學(xué)性能較低，將h-BN相加入到陶瓷基體中將會降低氮化硼系復(fù)相陶瓷的力學(xué)性能，所以可加工氮化硼系復(fù)相陶瓷的力學(xué)性能都是隨著h-BN相含量的增加而逐漸降低。

但同時，由于h-BN材料具有較高的抗熱震性能和抗氧化性，所以也能使得可加工氮化硼系復(fù)相陶瓷具有更好的抗熱震性能以及較高的抗高溫氧化性能，因此最終還是要視應(yīng)用的具體工況來確定是否應(yīng)制成復(fù)合陶瓷材料。

資料來源：

1、江濤,韓慢慢,付甲.可加工氮化硼系復(fù)相陶瓷的研究發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢以及應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J].現(xiàn)代技術(shù)陶瓷,2021,42(4):225-247. DOI:10.16253/j.cnki.37-1226/tq.2021.04.002.

2、北京工業(yè)大學(xué).一種制備氮化鋁/氮化硼復(fù)相陶瓷的方法:CN200710063448.8[P]. 2007-08-08.

3、梁峰,薛正良,趙雷等.六方氮化硼復(fù)合氧化鋁耐火材料的性能研究[J].耐火材料,2014,48(06):401-405.

4、吳金雙1,2,周磊1,邢鶴琳1,王喆3,董超芳3,楊瑟飛1.Al2O3-氮化硼納米晶包覆的3%氧化釔穩(wěn)定的四方氧化鋯多晶復(fù)合陶瓷粉體的制備[J].華西口腔醫(yī)學(xué)雜志,2017,(第5期).

5、分體圈整理

聲明：本文源自營口遼濱精細(xì)化工有限公司整合整理，如本站文章和轉(zhuǎn)稿涉及版權(quán)等問題，請作者及時聯(lián)系本站，我們會盡快處理。