高強(qiáng)度六方氮化硼（HBN）陶瓷低溫致密化制備取得突破

      2月20日，NATURE上發(fā)布了題為“Low temperature self-densification of high strength bulk hexagonal boron nitride”（低溫自致密高強(qiáng)度六方氮化硼陶瓷制備）的科研成果。海南大學(xué)南海海洋資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和材料與化學(xué)工程學(xué)院、東華大學(xué)纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)紐約州立阿爾弗雷德大學(xué)稻盛和夫工程學(xué)院的科研人員通六方氮化硼（HBN）摻入立方氮化硼顆粒（CBN）低溫?zé)Y(jié)（低于1700℃），獲得了強(qiáng)度是傳統(tǒng)制備HBN陶瓷2-3倍的高致密氮化硼陶瓷。

      概述&簡(jiǎn)介

      六方氮化硼（HBN）陶瓷在高溫下具有化學(xué)惰性、高潤(rùn)滑性、抗熱震性和良好的介電性能，以其優(yōu)異的耐火性能而應(yīng)用廣泛。然而，目前常規(guī)制備的HBN陶瓷由于低密度和低強(qiáng)度而降低了材料的適用性。HBN具有與石墨類似的典型二維層狀結(jié)構(gòu)，也被叫做“白石墨”。層與層之間容易滑動(dòng)而具有高潤(rùn)滑的同時(shí)，也導(dǎo)致其很難致密堆積，燒結(jié)過程中自擴(kuò)散緩慢，這些都阻礙了HBN陶瓷的致密化。常規(guī)無壓燒結(jié)HBN，無添加劑的情況下，相對(duì)密度小于70%，因此通常需要添加助劑并采用熱壓（HP）燒結(jié)才能制備相對(duì)致密的HBN陶瓷。

      為促進(jìn)氮化硼陶瓷致密，如B2O3等多種氧化物被研究用于助劑，雖然它們有助于實(shí)現(xiàn)高密度和更好的機(jī)械性能，但同時(shí)也會(huì)損害氮化硼陶瓷的其他性能，如耐化學(xué)腐蝕和介電性能等。此前有研究成果，100Mpa壓力下無任何助劑添加情況下以2000℃進(jìn)行離子燒結(jié)（SPS）可獲得95.1%相對(duì)密度的HBN陶瓷。但是由于制備條件過于苛刻，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。而這個(gè)結(jié)果似乎也表明HBN陶瓷的密度上限約為95%，制備出無添加的高純致密氮化硼陶瓷似乎成為奢望。

      研究團(tuán)隊(duì)在最近的研究中發(fā)現(xiàn)，利用離子燒結(jié)法在1600℃以下燒結(jié)金剛石微粉可以獲得強(qiáng)度較高的洋蔥石墨?；诖?，研究團(tuán)隊(duì)的思路是利用由立方氮化硼（CBN）同樣可以制備出洋蔥氮化硼（BN）。由于燒結(jié)過程中，CBN顆粒向洋蔥氮化硼轉(zhuǎn)變伴隨著體積膨脹，而膨脹既能填充HBN之間的空隙，又能減少擴(kuò)散，由此來提高致密化。而該方法也為其他材料的制備開辟了新的可能。其后依此進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是，高強(qiáng)度氮化硼陶瓷（HSHBN）在1600℃相對(duì)密度達(dá)到95.5%，在1700℃相對(duì)密度達(dá)97.6%的。