多元添加助剂对烧结AlN陶瓷显微结构与性能的影响
Effects of multiple additives on the microstructure and properties of sintered AlN ceramics
- 中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2025年64卷第6期 页码：95-101
- 作者机构：
广东工业大学机电工程学院，广东 广州 510006
- 作者简介：
齐于杰（1999年生），男；研究方向：AlN 陶瓷成型与烧结；E-mail：994164258@qq.com
赵哲（1988年生），男；研究方向：难加工材料的增材制造；E-mail：zhezhao@gdut.edu.cn
- 基金信息：广东省珠江本土创新团队项目(2017BT01C169);佛山市科技创新团队项目(FS0AA-KJ919-4402-002)
DOI：10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR202500141
中图分类号： TQ174.75收稿：2025-07-26，
录用：2025-08-25，
网络出版：2025-09-30，
纸质出版：2025-11-25
- 稿件说明：
移动端阅览
齐于杰,葛帅,汪亮等.多元添加助剂对烧结AlN陶瓷显微结构与性能的影响[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(06):95-101.
QI Yujie,GE Shuai,WANG Liang,et al.Effects of multiple additives on the microstructure and properties of sintered AlN ceramics[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(06):95-101.
齐于杰,葛帅,汪亮等.多元添加助剂对烧结AlN陶瓷显微结构与性能的影响[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(06):95-101. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR202500141.
QI Yujie,GE Shuai,WANG Liang,et al.Effects of multiple additives on the microstructure and properties of sintered AlN ceramics[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(06):95-101. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR202500141.
摘要
采用Al-Y
2
O
3
-Sm
2
O
3
三元烧结助剂，对氮化铝（AlN）陶瓷进行了低温烧结实验。在掺Al含量不变的情况下，重点研究了Y₂O₃和Sm
2
O
3
添加量对AlN陶瓷的微观结构和热力学性能的影响。实验表明，添加三元烧结助剂的AlN陶瓷在1 750 ℃可以烧结致密，相比于未添加烧结助剂的常规AlN陶瓷，达到烧结致密的温度降低了150 ℃，且弯曲强度达到了（474±25） MPa，热导率为181.12 W/（m·K）。同时，研究了烧结助剂对AlN陶瓷晶界相的影响。结果表明，少量的Sm
2
O
3
有利细化AlN的晶粒并且净化晶格氧，因此同时提高了AlN陶瓷的热力学性能。
Abstract
The Al-Y
2
O
3
-Sm
2
O
3
ternary sintering additive was used to conduct low-temperature sintering experiments on AlN ceramics.The effects of Y₂O₃ and Sm
2
O
3
additive amounts on the microstructure， thermodynamic properties of AlN ceramics were studied， when the amount of aluminum is fixed.The experiments indicate that adding the ternary sintering additive allows AlN ceramics to achieve densification at 1 750 ℃，which is reduced by 150 ℃ compared to AlN ceramics without sintering additives. Also the bending strength reaches （474±25） MPa，and the thermal conductivity is
<math id="M1"><mn mathvariant="normal">181.12</mn><mtext> </mtext><mi mathvariant="normal">W</mi><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="normal">m</mi><mo>·</mo><mi mathvariant="normal">K</mi><mo stretchy="false">)</mo></math>
https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=94390861&type=
3.47133350
https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=94390849&type=
25.65399933
. Additionally，this study also investigates the influence of the sintering additives on the metallography of AlN ceramics， with results showing that a small amount of Sm
2
O
3
is beneficial for refining the grain size of AlN and purifying lattice oxygen，thereby simultaneously enhancing the thermodynamic properties of AlN ceramics.
关键词
Keywords
references
黄小丽 ， 胡晓青 ， 2006 . 氮化铝陶瓷的低温烧结研究 ［J］. 兵器材料科学与工程 ， 29 （ 4 ）： 15 - 17 .
齐于杰 ， 林坤吉 ， 赵哲 ， 等 ， 2025 . Sm 2 O 3 -SmF 3 烧结助剂对无压烧结AlN陶瓷性能的影响 ［J］. 热加工工艺 ， 54 （ 13 ）： 93 - 98+105 .
乔梁 ， 周和平 ， 王少洪 ， 2003 . 低温烧结 AlN 陶瓷的微结构和热导率 ［J］. 材料工程 ， 31 （ 2 ）： 23 - 26 .
盛鹏飞 ， 聂光临 ， 黎业华 ， 等 ， 2020 . 高导热氮化铝陶瓷成型技术的研究进展 ［J］. 陶瓷学报 ， 41 （ 6 ）： 771 - 782 .
王超 ， 彭超群 ， 王日初 ， 等 ， 2009 . 低温烧结氮化铝陶瓷烧结助剂的研究进展 ［J］. 粉末冶金技术 ， 27 （ 1 ）： 62 - 66 .
赵世泽 ， 林坤吉 ， 张文铎 ， 等 ， 2024 . 烧结工艺对掺Al增强氮化铝陶瓷基板的显微结构和性能的影响 ［J］. 热加工工艺 ， 53 （ 24 ）： 85 - 91 .
张浩 ， 郭军 ， 党军杰 ， 等 ， 2015 . 烧结温度对氮化铝陶瓷结构与性能的影响 ［J］. 中国陶瓷 ， 51 （ 7 ）： 54 - 58 .
BAI H B ， ZHANG X H ， WU Y G ， et al ， 2019 . Effect of Er 2 O 3 on the properties of AlN ceramics by tape casting ［C］// 20th International Conference on Electronic Packaging Technology . Hong Kong， China ： 1 - 3 .
CHEN Z Q ， WANG L ， DU P ， et al ， 2025 . Effects of different sintering additives Re 2 O 3 （Re=Y， Nd， Gd， Sm， and Yb） on the thermal conductivity， mechanical properties and dielectric properties of AlN ceramics ［J］. J Alloy Compd ， 1023 ： 180180 .
DU W ， AI Y ， HE W ， et al ， 2020 . Formation and control of “intragranular” ZrO 2 strengthened and toughened Al 2 O 3 ceramics ［J］. Ceram Int ， 46 （ 6 ）： 8452 - 8461 .
HAN Y ， ZHOU H ， LI S ， et al ， 2015 . Facile and effective aluminium nitride anti-oxidation coating for carbon nanotubes ［J］. Surf Coat Technol ， 276 ： 502 - 506 .
HUANG D ， LIU Z ， HARRIS J ， et al ， 2019 . High thermal conductive AlN substrate for heat dissipation in high-power LEDs ［J］. Ceram Int ， 45 （ 1 ）： 1412 - 1415 .
JIANG H ， WANG X H ， LEI W ， et al ， 2019 . Effects of two-step sintering on thermal and mechanical properties of aluminum nitride ceramics by impedance spectroscopy analysis ［J］. J Eur Ceram Soc ， 39 （ 2/3 ）： 249 - 254 .
KOHLMANN H ， 2019 . The crystal structure of cubic C-type samarium sesquioxide， Sm 2 O 3 ［J］. Zeitschrift Fur Naturforschung Section B-A Journal of Chemical Sciences ， 74 （ 5 ）： 433 - 435 .
LEE H J ， KIM S W ， RYU S S ， 2015 . Sintering behavior of aluminum nitride ceramics with MgO-CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 glass additive ［J］. Int J Refract Met Hard Mater ， 53 ： 46 - 50 .
LI D ， LI W ， WANG R ， et al ， 2016 . Influence of thermal shock damage on the flexure strength of alumina ceramic at different temperatures ［J］. Mater Lett ， 173 ： 91 - 94 .
LIN K ， NIE G ， SHENG P ， et al ， 2022 . Effects of doping Al-metal powder on thermal，mechanical and dielectric properties of AlN ceramics ［J］. Ceram Int ， 48 （ 24 ）： 36210 - 36217 .
LIN K ， ZONG X ， SHENG P ， et al ， 2023 . Effects of SmF 3 addition on aluminum nitride ceramics via pressureless sintering ［J］. J Eur Ceram Soc ， 43 （ 15 ）： 6804 - 6814 .
LIU C ， GUO W M ， SUN S K ， et al ， 2017 . Texture， microstructures， and mechanical properties of AlN-based ceramics with Si 3 N 4 -Y 2 O 3 additives ［J］. J Am Ceram Soc ， 100 （ 8 ）： 3380 - 3384 .
MATSUBARA I ， PARANTHAMAN M ， ALLISON S W ， et al ， 2000 . Preparation of Cr-doped Y 3 Al 5 O 12 phosphors by heterogeneous precipitation methods and their luminescent properties ［J］. Mater Res Bull ， 35 （ 2 ）： 217 - 224 .
NIE G ， LI Y ， SHENG P ， et al ， 2021 . Microstructure refinement-homogenization and flexural strength improvement of Al 2 O 3 ceramics fabricated by DLP-stereolithography integrated with chemical precipitation coating process ［J］. J Adv Ceram ， 10 （ 4 ）： 790 - 808 .
TERAO R ， TATAMI J ， MEGURO T ， et al ， 2002 . Fracture behavior of AlN ceramics with rare earth oxides ［J］. J Eur Ceram Soc ， 22 （ 7 ）： 1051 - 1059 .
TUMMALA R R ， 1991 . Ceramic and glass-ceramic packaging in the 1990s ［J］. J Am Ceram Soc ， 74 （ 5 ）： 895 - 908 .
WANG L ， GUO W M ， SHENG P F ， et al ， 2023 . Effects of YH2 addition on pressureless sintered AlN ceramics ［J］. J Eur Ceram Soc ， 43 （ 3 ）： 862 - 870 .
WATARI K ， TSUZUKI A ， TORII Y ， 1992 . Effect of rare-earth oxide addition on the thermal conductivity of sintered aluminium nitride ［J］. J Mater Sci Lett ， 11 （ 22 ）： 1508 - 1510 .
YASUDA H ， OHNAKA I ， MIZUTANI Y ， et al ， 2001 . Selection of eutectic systems in AI 2 O 3 -Y 2 O 3 ceramics ［J］. Sci Technol Adv Mater ， 2 （ 1 ）： 67 - 71 .
ZHAO D ， COYLE T W ， CHIEN K ， 2013 . Phase composition and microstructure of yttrium aluminum garnet（YAG） coatings prepared by suspension plasma spraying of Y2O3-Al2O3 powders ［J］. Surf Coat Technol ， 235 ： 303 - 309 .
0
浏览量
21
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 地址：广州市海珠区新港西路135号 中山大学南校园东北区312栋 邮编：510275
- 联系电话：020-84112585，84113223 Email：xuebaozr@mail.sysu.edu.cn
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 京ICP备09064830号-19
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies
