【环氧板】复合材料的烧结

经典的环氧板烧结理论已不再适用于纳米环氧板粉体的烧结行为，在烧结中纳米晶粒可通过阻止晶粒边界的迁移来实现，如在纳米材料中增加第二相物质来降低驱动粒子生长的热驱动力，减少边界的可动性，从而降低粒子边界的迁移能力。同时纳米材料压实后粒子之间的微孔同样具有限制粒子在烧结过程中迁移的作用。在纳米材料中，单晶纳米粒子表面张力使纳米晶粒相互吸附在一起，形成了比较大的团聚颗粒，烧结后，这些团聚颗粒不再是纳米尺寸的粒子组合，同时它也会使烧结温度提高，晶粒生长加快。
环氧板烧结动力学的研究表明:在烧结初期晶界扩散起主导作用。粉体中团聚体的存在严重影响其烧结行为，使得烧结体密度降低。团聚体内粉末优先烧结，这并不干扰坯体的正常烧结过程，但对随后进行的团聚体之间的烧结致密化产生严重的影响。在平均粒径为20nm的Al2O3粉体中，加入适量的、平均粒径为0.5um的Y-PSZ微粉进行烧结，发现Y PSZ可促进致密化，降低烧结温度，而且能有效抑制Al2O3晶粒长大，在1600°C烧结时，即可达到理论密度的99%。陶瓷基纳米复 合材料的烧结一般有以下4种。x了081

1.无压烧结
环氧板无压烧结是指在常压(0.1MPa) 下，具有定形状的素坯在 高温下烧结为致密、 坚硬、体积稳定、具有一定性能的烧结体的方法。此工艺简单、成本低，但性能不及热压烧结制品。通过调节添加剂及无压烧结工艺，可制备SijN4/SiC、Al2O3/SiC 等环氧板复合材料。

2.反应烧结
环氧板反应烧结又称活化烧结，指可以降低烧结活化能，使体系的烧结可以在较低的温度下以较快速度进行，并且使得烧结体性能提高的烧结方法。如用反应烧结设备制备SiN,莫来石-Al2O3纳米复合材料，其过程为:在SisN4表面进行部分氧化产生SiO2,然后表面氧化物与Al2O3反应产生莫来石。反应烧结可减少杂质相，反应烧结时体积增加而使收缩变小，在低温下进行致密化。

3.热压烧结
热压烧结是指在烧结过程中使用压力，可以阻止环氧板在致密化之前发生晶粒生长，从而制备环氧板材料的方法。如热压烧结法制备SiN/SiC环氧板复合材料。无压烧结与热等静压的组合使用可结合两者的优点，使材料致密性进步提高， 甚至实现完全致密化，但要求在无压烧结时使气孔均变为闭孔，这些团孔在热等静压时被完全挤出。

4.等离子放电烧结
利用脉冲能放电，脉冲压力和焦耳热产生瞬时高温场，实现烧结过程。其主要特点是通过瞬时产生的放电等离子使烧结体内部各个颗粒均与地自身发热和使颗粒表面活化，因而具有非常高的热效率、样品内的传热过程可瞬间完成。因此，通过采用适当的烧结工艺可以用来实现陶瓷烧结的超快速致密化。与热压烧结及热等静压烧结相比，工艺简单、设备费用低，且能制备别的方法难以制作的材料。如该法制备的TiB2/TiN块体材料，达理论密度的97.2%,TiB2与TiN颗粒尺寸分别为31.2~58.8nm, 38.5~62.5nm。 运用该法可实现超快速烧结，升温速率可达600°C/min。超快速烧结的Al2O3/SiC 环氧板材料，烧结温度为1450"C，比热压烧结降200°C，抗弯强度高达1000GPa, 维氏硬度为19GPa，断裂韧性比单相Al2O3陶瓷有明显提高。

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