一种具有定向导热特性的层状六方氮化硼基复合陶瓷的制备方法
【专利说明】一种具有定向导热特性的层状六方氮化硼基复合陶瓷的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种复合陶瓷的制备方法。
【背景技术】
[0002]六方氮化硼陶瓷具有良好的耐热性、较高的热导率以及可加工性，可作为高温条件下使用的热传导材料。但在有些使用环境下，要求材料只在某个方向具有良好的热导率，而在另外的方向需要相对低的热导率，使热量能够沿着特定的方向传播，这样能够更好地保护相关部件。
[0003]现有技术不能制备出在某个方向具有良好的热导率，而在另外的方向需要相对低的热导率的六方氮化硼陶瓷。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是要解决现有方法不能制备出在某个方向具有良好的热导率，而在另外的方向需要相对低的热导率的六方氮化硼陶瓷的问题，而提供一种具有定向导热特性的层状六方氮化硼基复合陶瓷的制备方法。
[0005]—种具有定向导热特性的层状六方氮化硼基复合陶瓷的制备方法，具体是按以下方法制备的:
[0006]一、
[0007]①、将六方氮化硼粉体在压力为20MPa?lOOMPa下进行压制，得到厚度为0.1mm?1mm的六方氮化硼素坯料；
[0008]②、将氧化物陶瓷粉体与粘结剂混合均匀，再在压力为20MPa?lOOMPa下进行压制，得到厚度为0.1mm?1mm的氧化物陶瓷还料；
[0009]步骤一②中所述的粘结剂与氧化物陶瓷粉的质量比为(1?5):100;
[0010]二、将厚度为0.1mm?1mm的六方氮化硼素还料与厚度为0.1mm?1mm的氧化物陶瓷坯料叠层放置，再在压力为IMPa?20MPa下进行压制，再进行叠层，得到叠层坯体A;
[0011 ]步骤二中所述的叠层还体A的厚度为1mm?3_ ；所述的叠层还体A中六方氮化硼层与氧化物陶瓷层是交替存在的；
[0012]三、
[0013]①、将步骤二中得到的叠层坯体A进行乳制，得到乳制后的叠层坯体A;
[00?4]步骤三①中所述的乳制后的叠层还体A的厚度为0.3mm?1mm ；
[0015]②、将乳制后的叠层坯体A进行叠层，再进行乳制，得到乳制后的叠层坯体B;
[0016]步骤三②中所述的乳制后的叠层坯体B中六方氮化硼层与氧化物陶瓷层是交替存在的；
[0017]③、循环步骤三②2次?5次，得到乳制后的叠层坯体C;
[0018]步骤三③中所述的叠层坯体C中六方氮化硼层与氧化物陶瓷层是交替存在的；
[0019]步骤三③中所述的乳制后的叠层坯体C中单层六方氮化硼或单层氧化物陶瓷的厚度小于0.2mm;
[0020]④、将乳制后的叠层坯体C叠层放置，得到叠层坯体D;
[0021 ] 步骤三④中所述的叠层还体D的厚度为5mm?10mm;
[0022]步骤三④中所述的叠层坯体D中六方氮化硼层与氧化物陶瓷层是交替存在的；
[0023]四、将叠层坯体D置于空气炉中，再将空气炉以l°C/min?5°C/min的升温速率从室温升温至300°C?500°C，再在300°C?500°C下保温lh?4h，得到脱除粘结剂的叠层坯体；
[0024]五、将步骤四中得到的脱除粘结剂的叠层坯体进行裁剪，得到脱除粘结剂的叠层坯体;将脱除粘结剂的叠层坯体进行烧结，得到具有定向导热特性的层状六方氮化硼基复合陶瓷；
[0025]步骤五中所述的烧结为热压烧结、放电等离子体烧结或热等静压烧结。
[0026]本发明的原理及优点:
[0027]—、本发明制备了具有定向导热特性的层状六方氮化硼基复合陶瓷，具体是在六方氮化硼层之间插入具有较低热导率的氧化物陶瓷层，其中的六方氮化硼陶瓷层可作为热量在层内传导的通道，而氧化物陶瓷层则作为热阻层阻碍热量在层间的传导；
[0028]二、本发明提出的具有定向导热特性的层状六方氮化硼基复合陶瓷的制备方法是将六方氮化硼素坯料和氧化物陶瓷坯料叠层、通过多次的乳制形成，再采用热压烧结、放电等离子体烧结或热等静压烧结的方法能够获得理想的多层复合六方氮化硼基陶瓷，且实现工艺简单、效率高，具有较强的推广和应用价值；
[0029]三、本发明制备的具有定向导热特性的层状六方氮化硼基复合陶瓷的沿层片方向的热导率为15W/(m.K)?20W/(m.K)，垂直于层片的热导率为2W/(m.K)?3.5W/(m.K)。
[0030]本发明可获得一种具有定向导热特性的层状六方氮化硼基复合陶瓷。
【具体实施方式】
[0031]【具体实施方式】一:本实施方式是一种具有定向导热特性的层状六方氮化硼基复合陶瓷的制备方法具体是按以下方法制备的:
[0032]一、
[0033]①、将六方氮化硼粉体在压力为20MPa?lOOMPa下进行压制，得到厚度为0.1mm?1mm的六方氮化硼素坯料；
[0034]②、将氧化物陶瓷粉体与粘结剂混合均匀，再在压力为20MPa?lOOMPa下进行压制，得到厚度为0.1mm?1mm的氧化物陶瓷还料；
[0035]步骤一②中所述的粘结剂与氧化物陶瓷粉的质量比为(1?5):100;
[0036]二、将厚度为0.1mm?1mm的六方氮化硼素还料与厚度为0.1mm?1mm的氧化物陶瓷坯料叠层放置，再在压力为IMPa?20MPa下进行压制，再进行叠层，得到叠层坯体A;
[0037 ]步骤二中所述的叠层还体A的厚度为1mm?3mm ；所述的叠层还体A中六方氮化硼层与氧化物陶瓷层是交替存在的；
[0038]三、
[0039]①、将步骤二中得到的叠层坯体A进行乳制，得到乳制后的叠层坯体A;
[0040]步骤三①中所述的乳制后的叠层还体A的厚度为0.3mm?1_ ；
[0041]②、将乳制后的叠层坯体A进行叠层，再进行乳制，得到乳制后的叠层坯体B;
[0042]步骤三②中所述的乳制后的叠层坯体B中六方氮化硼层与氧化物陶瓷层是交替存在的；
[0043 ]③、循环步骤三②2次?5次，得到乳制后的叠层坯体C ；
[0044]步骤三③中所述的叠层坯体C中六方氮化硼层与氧化物陶瓷层是交替存在的；
[0045]步骤三③中所述的乳制后的叠层坯体C中单层六方氮化硼或单层氧化物陶瓷的厚度小于0.2mm;
[0046]④、将乳制后的叠层坯体C叠层放置，得到叠层坯体D;
[0047 ] 步骤三④中所述的叠层还体D的厚度为5mm?10mm ；
[0048]步骤三④中所述的叠层坯体D中六方氮化硼层与氧化物陶瓷层是交替存在的；
[0049]四、将叠层坯体D置于空气炉中，再将空气炉以l°C/min?5°C/min的升温速率从室温升温至300°C?500°C，再在300°C?500°C下保温lh?4h，得到脱除粘结剂的叠层坯体；
[0050]五、将步骤四中得到的脱除粘结剂的叠层坯体进行裁剪，得到脱除粘结剂的叠层坯体;将脱除粘结剂的叠层坯体进行烧结，得到具有定向导热特性的层状六方氮化硼基复合陶瓷；
[0051]步骤五中所述的烧结为热压烧结、放电等离子体烧结或热等静压烧结。
[0052]本实施方式的原理及优点:
[0053]一、本实施方式制备了具有定向导热特性的层状六方氮化硼基复合陶瓷，具体是在六方氮化硼层之间插入具有较低热导率的氧化物陶瓷层，其中的六方氮化硼陶瓷层可作为热量在层内传导的通道，而氧化物陶瓷层则作为热阻层阻碍热量在层间的传导；
[0054]二、本实施方式提出的具有定向导热特性的层状六方氮化硼基复合陶瓷的制备方法是将六方氮化硼素坯料和氧化物陶瓷坯料叠层、通过多次的乳制形成，再采用热压烧结、放电等离子体烧结或热等静压烧结的方法能够获得理想的多层复合六方氮化硼基陶瓷，且实现工艺简单、效率高，具有较强的推广和应用价值；
[0055]三、本实施方式制备的具有定向导热特性的层状六方氮化硼基复合陶瓷的沿层片方向的热导率为15W/(m.K)?20W/(m.K)，垂直于层片的热导率为2W/(m.K)?3.5W/(m.K)o
[0056]本实施方式可获得一种具有定向导热特性的层状六方氮化硼基复合陶瓷。
[0057]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同点是:步骤一①中所述的六方氮化硼粉体的粒径为0.3μηι?15μηι，纯度>98%。其他步骤与【具体实施方式】一相同。
[0058]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同点是:步骤一②中所述的氧化物陶瓷粉体为熔石英、莫来石氧化铝、氧化锆、氧化钙、氧化铝和氧化镁中的一种或其中几种的混合物。其他步骤与【具体实施方式】一或二相同。
[0059]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同点是:步骤一②中所述的氧化物陶瓷粉体粉体的粒径为0.Ιμπι?5μηι，纯度>98%。其他步骤与【具体实施方式】一至三相同。
[0060]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同点是:步骤一②中所述的粘结剂为粘结物质和溶剂的混合物;所述的粘结物质为聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基纤维素、乙基纤维素或石蜡;所述的溶剂为去离子水、无水乙醇或丙酮;所述的粘结剂中粘结物质的质量分数为1%?5%。其他步骤与【具体实施方式】一至四相同。
[0061]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同点是:步骤五中所述的热压烧结是将脱除粘结剂的叠层坯体以5°C/min?20°C/min的升温速率从室温升温至1600°C?1900°C，再在温度为1600°C?1900°C和烧结压力lOMPa?lOOMPa的条件下保温lOmin?60min，S卩完成热压烧结。其他步骤与【具体实施方式】一至五相同。
[0062]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同点是:步骤五中所述的放电等离子体烧结是将脱除粘结剂的叠层坯体以5°C/min?50°C/min的升温速率从室温升温至1400°C?1900°C，再在温度为1400°C?1900