反应烧结氮化硅的制备、性能及应用

一、反应烧结氮化硅的制备、性能及应用（论文文献综述）

白云瑞,邢鹏飞,金星,徐宏利,都兴红,王丽娟^[1]（2021）在《碳热还原法制备氮化硅陶瓷的研究进展》文中认为介绍了碳热还原法生产氮化硅粉体的机理及产出氮化硅陶瓷的特点,并对其研究方向进行了展望。氮化硅（Si3N4）具有高强度、高硬度、耐磨蚀、抗氧化、良好的抗热冲击性等优点被广泛应用。生产氮化硅粉体的方法多种多样,由于近年来生产技术的大幅度提高,以及全球金属矿物价格的大幅度波动,目前采用原料为SiO2的碳热还原法生产氮化硅陶瓷被广泛关注,大量国内外研究人员对其进行研究。

江涛,韩慢慢,付甲^[2]（2021）在《Mo-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的研究发展现状及其应用》文中认为Mo-Si金属间化合物材料具有很多优质性能,其主要包括Mo3Si,Mo5Si3,MoSi2。将Mo-Si金属间化合物与陶瓷材料相复合制备Mo-Si金属间化合物/陶瓷复合材料。Mo-Si金属间化合物/陶瓷复合材料具有较高的力学性能,良好的耐磨损性能、抗高温氧化性能、耐腐蚀性能等。本文阐述了Mo-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的研究发展现状、制备工艺、显微结构、力学性能、耐磨损性能和抗高温氧化性能等,并对其未来发展趋势进行了分析和预测。

唐艳东,马北越^[3]（2021）在《氮化硅陶瓷烧结致密化的研究进展》文中提出介绍了氮化硅陶瓷的结构和基本性质,综述了通过改善和控制烧结助剂、烧结温度、保温时间和烧结方法等以提高氮化硅陶瓷致密度的研究新进展,并展望了氮化硅陶瓷烧结致密化的发展方向。

张伟儒^[4]（2021）在《第3代半导体碳化硅功率器件用高导热氮化硅陶瓷基板最新进展》文中研究说明第3代半导体一般指禁带宽度大于2.2eV的半导体材料,也称为宽禁带半导体材料。半导体产业发展大致分为3个阶段,以硅（Si）为代表的通常称为第1代半导体材料;以砷化镓为代表的称为第2代半导体材料,已得到广泛应用;而以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石等宽禁带为代表的第3代半导体材料,由于其较第1代、

黄明,曹峰,彭志航,向阳^[5]（2021）在《防弹装甲用碳化硼陶瓷材料的研究进展》文中进行了进一步梳理碳化硼陶瓷具有较低的密度、仅次于氮化硼和金刚石的硬度以及优异的耐腐蚀性能,满足防弹材料要求的高强度、高耐磨、高硬度、低密度,简称为"三高一低",当前已经应用于高端装备的防护系统中。然而,碳化硼陶瓷为强共价化合物,且具有低的扩散系数,导致其在制备过程中的主要问题是烧结致密化问题和脆性问题。因此,许多的研究工作集中在碳化硼陶瓷的烧结技术、烧结助剂以及对碳化硼陶瓷进行增韧。本文聚焦防弹装甲用碳化硼陶瓷,首先从碳化硼的晶形结构和相图,综述了碳化硼陶瓷粉体的制备技术以及碳化硼陶瓷的烧结工艺,阐述了改善碳化硼断裂韧性较低的方法,最后分析了碳化硼陶瓷防弹材料的研究现状,并且展望陶瓷防弹装甲的未来研究方向。

陈文征^[6]（2021）在《基于油石损耗特性的氮化硅陶瓷轴承超精工艺优化》文中研究说明

杨从周^[7]（2021）在《多孔Si3N4陶瓷表面耐高温透波涂层的设计制备及性能研究》文中进行了进一步梳理

张创,宋仪杰^[8]（2021）在《氮化硅陶瓷的研究与应用进展》文中研究指明氮化硅陶瓷是一类新型且有广泛应用的结构陶瓷。本文综述了氮化硅陶瓷的研究和发展历史,包括晶体结构、各种烧结工艺、力学性能和工业化应用,并讨论了目前国内氮化硅商业化生产亟需解决的问题。

王玉祥^[9]（2021）在《多孔Si3N4陶瓷材料无压制备与性能研究》文中研究指明Si3N4陶瓷是一种应用广泛的重要结构功能材料,因其具有低密度、高强度、低介电损耗、高抗热震性等优异性能,在工业领域具有重要应用,但受到制备工艺复杂、烧结能耗较大、生产成本较高等诸多问题困扰。本文选择YbF3作为烧结助剂,在较低温度提供烧结液相,并通过与Si3N4表面Si O2反应,促进Si3N4溶解和相变。本论文采用无压烧结方法,研究在较低温度（1500℃以下）下烧结温度、保温时间、烧结气氛以及烧结助剂种类和含量对Si3N4陶瓷制备和性能的影响。实验研究结果表明,烧结温度低于1400℃时,Si3N4陶瓷很难发生相变,其致密度、力学性能较差。烧结温度在1400℃以上时,Si3N4陶瓷开始由α-Si3N4向β-Si3N4转变。烧结助剂的含量对Si3N4陶瓷的孔隙率和相变转化率具有显着影响,当烧结助剂YbF3含量为6 wt.%时,在1500℃条件和N2气氛保护下保温2小时,能够完成一定的致密化和相转变。采用YbF3单相烧结助剂,当烧结温度达到YbF3熔点时,Si3N4陶瓷内部出现液相,促进Si3N4溶解、扩散、沉淀、析出,从而实现晶型转化,而烧结过程中烧结助剂的反应和挥发形成气孔,提高了Si3N4陶瓷的孔隙率。实验结果看,在最高1500℃无压烧结条件下,当YbF3含量达到9 wt.%时,仍不能完成致密化和相变;最佳性能试样SY6-1500气孔率为35.7%,最大抗弯强度为162.2 MPa,介电常数为4.49。采用YbF3与MgF2和CaF2分别组成复合助剂烧结时,在1500℃烧结温度条件下,设定YbF3含量为3 wt.%,添加Mg F2的液相生成温度较仅添加YbF3时有所增高,当Mg F2的含量达到6 wt.%时实现Si3N4主要相变转化,得到试样的抗弯强度为217.8 MPa,介电常数为8.17。而YbF3和Ca F2组成复合烧结助剂在1500℃烧结时,其变化规律与添加Mg F2类似,最大抗弯强度为241.2 MPa,介电常数为2.89。

王为得^[10]（2021）在《基于液相组成和显微结构调控的高热导率氮化硅陶瓷的研究》文中认为为应对能源和环境问题,全球能源结构正从化石燃料转向电力。在高效控制和转换电力的需求驱动下,功率半导体器件正朝着小型化、高电压、大电流、高功率密度方向发展。由此产生的热应力对器件中陶瓷散热基板提出了更高要求,兼具高热导率和高强度的氮化硅（Si3N4）陶瓷作为潜在的散热基板材料受到了广泛关注。本论文以制备高强度高热导率Si3N4陶瓷为目标,采用气压烧结（GPS）工艺,通过筛选和优化Si3N4原料粉体,设计烧结助剂种类、用量、比例等手段调节烧结时液相的组成和性质,从而影响致密化、相转变及晶粒生长行为,实现对烧结体微观形貌的调控,最终达到优化Si3N4陶瓷性能的目的。本论文主要开展了以下四方面创新性工作:通过液相生成模拟实验和烧结收缩曲线确定了液相烧结的三个阶段:颗粒重排发生在液相形成初期约1400℃,溶解析出过程发生在1400～1750℃,1750～1900℃由于固相骨架的形成进入固相扩散阶段。通过原位热膨胀仪研究了不同烧结制度、不同原料粉体、不同助剂含量和组成条件下致密化、相转变和晶粒发育的演变过程。揭示了通过筛选和优化Si3N4原料粉体、改变烧结助剂用量、稀土和碱土氧化物比例、使用非氧化物助剂等手段调节液相含量、组成和性能,结合烧结制度设计调控致密化、相转变和晶粒生长行为,进而调节烧结体的微观形貌,优化陶瓷性能的可能性。在以上研究基础上创造性地引入微量Si,通过与Si3N4原料粉体表面的Si O2发生硅热还原反应（Si（s）+Si O2（s）=2Si O（g））,将氧以Si O（g）的形式移除,有效地降低了液相中氧含量。烧结时相转变优先于致密化发生,最终形成了突出的双峰形貌。在1900℃保温4 h后,断裂韧性从8.56±0.15 MPa·m1/2提升至9.91±0.13 MPa·m1/2,热导率从90.03 W·m-1·K-1提高至104.50 W·m-1·K-1。除了上述对原料粉体的优化,还开发出硅化物、氢化物两大类非氧化物烧结助剂。探索性地以Zr Si2为烧结助剂制备高热导率Si3N4陶瓷。Zr Si2与Si3N4粉体表面的Si O2发生反应（Si O2（s）+Zr Si2（s）+2N2（g）=Zr O2（s）+Si3N4（s））,原位生成了Zr O2和棒状β-Si3N4颗粒。棒状β-Si3N4起到晶种作用,促进了大尺寸β-Si3N4晶粒的生长。原位生成的Zr O2参与形成液相,促进致密化及β-Si3N4晶粒发育。TEM观察到烧结体中Zr以Zr N相析出,Si3N4晶粒间无明显非晶晶界膜,声子在晶界处的散射减少。在1900℃保温12 h后,使用Zr Si2-Mg O为助剂的Si3N4陶瓷热导率为113.91 W·m-1·K-1,较对照组（Zr O2-Mg O）提升了28%;进一步使用二元非氧化物Zr Si2-Mg Si N2为助剂时热导率最优可达117.32 W·m-1·K-1,较对照组提升32%。首次将稀土金属氢化物（REH2）应用为Si3N4的烧结助剂。La H2、Sm H2稳定性较差,在制备过程中被氧化成La（OH）3、Sm2O3;Gd H2、YH2、Yb H2等较为稳定可以用作Si3N4烧结助剂。预烧结时REH2分解产生的高活性稀土金属单质与Si O2发生原位反应（4RE（s）+3Si O2（s）=3Si（s）+2RE2O3（s））,在移除Si O2的同时原位生成RE2O3。形成的“缺氧-富氮”RE-Si-Mg-O-N液相不仅有利于β-Si3N4的析出和生长,而且有利于降低晶格氧含量,从而改善热导率。以YH2-Mg O为助剂的样品在1900℃保温12 h后断裂韧性、抗弯强度和热导率分别为9.30±0.37MPa·m1/2、693±19 MPa、123.00 W·m-1·K-1。在1900℃保温24 h后,添加Yb H2、YH2、Gd H2为烧结助剂的Si3N4陶瓷热导率分别为131.15 W·m-1·K-1、131.60 W·m-1·K-1、134.90 W·m-1·K-1。由于REH2替代RE2O3作为助剂时大幅度改变了液相组成和性质,使得稀土离子半径对热导率的调控效应被掩盖。此外,过渡金属氢化物Zr H2也可以作为高热导率Si3N4的烧结助剂。Zr H2掺杂样品中的杂质氧通过Si O2→Zr O2→Si O（g）的路径被移除的更加彻底。在1900℃保温12 h后,以Zr H2代替Zr O2作为烧结助剂,热导率从90.20 W·m-1·K-1提升至116.40 W·m-1·K-1。

二、反应烧结氮化硅的制备、性能及应用（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、反应烧结氮化硅的制备、性能及应用（论文提纲范文）

（1）碳热还原法制备氮化硅陶瓷的研究进展（论文提纲范文）

前言

1 碳热还原合成氮化硅粉体的研究

2 碳热还原法-烧结法制备氮化硅陶瓷

3 总结与展望

（2）Mo-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的研究发展现状及其应用（论文提纲范文）

0 引言

1 Mo-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的制备技术

2 Mo-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的研究发展现状

2.1 Mo-Si/Si3N4复合材料的研究发展现状

2.2 Mo-Si/Si C复合材料的研究发展现状

2.3 Mo-Si/Zr B2复合材料的研究发展现状

2.4 Mo-Si/Al2O3复合材料的研究发展现状

2.5 Mo-Si/Zr C复合材料的研究发展现状

2.6 Mo-Si/Ti C复合材料的研究发展现状

3 Mo-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的研究发展趋势及其应用

4 结论与展望

（3）氮化硅陶瓷烧结致密化的研究进展（论文提纲范文）

1 前言

2 氮化硅陶瓷致密化影响因素

2.1 烧结助剂

2.2 烧结温度及保温时间的控制

2.3 烧结方式

2.4 其他

3 结论

（4）第3代半导体碳化硅功率器件用高导热氮化硅陶瓷基板最新进展（论文提纲范文）

1 陶瓷基板的性能要求

2 陶瓷基板的种类及特点

2.1 Be O陶瓷基板材料

2.2 Al2O3陶瓷基板材料

2.3 Al N陶瓷基板材料

2.4 Si3N4陶瓷基板材料

3 高导热Si3N4陶瓷材料的研究进展

3.1 原料粉体选择研究

3.2 烧结助剂的影响研究

3.3 成型方法的影响研究

3.4 烧结方法的影响研究

3.5 氮化硅基板产业化进展

4 高导热Si3N4陶瓷材料的产业化进展及应用

5结语

（8）氮化硅陶瓷的研究与应用进展（论文提纲范文）

0 引言

1 氮化硅陶瓷发展历程

2 氮化硅陶瓷微观结构和力学性能

2.1 微观结构

2.2 抗折强度

2.3 断裂韧性

2.4 蠕变性能

3 氮化硅陶瓷烧结工艺和相关的商业化应用

4 国内氮化硅陶瓷发展需要解决的问题

（9）多孔Si3N4陶瓷材料无压制备与性能研究（论文提纲范文）

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 氮化硅的结构和性能

1.1.1 氮化硅的结构与组成

1.1.2 氮化硅的性能与应用

1.2 氮化硅的烧结工艺

1.2.1 放电等离子烧结(SPS)

1.2.2 气压烧结(GPS)

1.2.3 反应烧结(RBSN)

1.2.4 无压烧结(PLS)

1.3 烧结助剂的选用

1.3.1 烧结助剂的类型

1.3.2 烧结助剂的选择

1.4 研究目的和内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

第2章实验内容及测试方法

2.1 实验原料

2.2 实验原料配比及实验工艺

2.2.1 实验原料配比

2.2.2 实验工艺流程

2.3 测试及表征方法

第3章 Si_3N_4陶瓷无压烧结工艺研究

3.1 引言

3.2 烧结温度对Si_3N_4陶瓷烧结的影响

3.3 保温时间对Si_3N_4陶瓷烧结的影响

3.4 烧结气氛对Si_3N_4陶瓷烧结的影响

3.5 本章小结

第4章 YbF_3烧结助剂对Si_3N_4陶瓷制备及性能影响

4.1 引言

4.2 对Si_3N_4陶瓷气孔率的影响

4.3 对Si_3N_4陶瓷物相组成的影响

4.4 对Si_3N_4陶瓷微观结构的影响

4.5 对Si_3N_4陶瓷力学性能的影响

4.6 对Si_3N_4陶瓷介电性能的影响

4.7 本章小结

第5章 YbF_3基复合烧结助剂对Si_3N_4陶瓷制备及性能影响

5.1 引言

5.2 YbF_3+MgF_2复合烧结助剂对Si_3N_4陶瓷烧结的影响

5.2.1 不同配比YbF_3+MgF_2对致密度的影响

5.2.2 不同配比YbF_3+MgF_2对物相组成的影响

5.2.3 不同配比YbF_3+MgF_2对微观结构的影响

5.2.4 不同配比YbF_3+MgF_2对力学性能的影响

5.2.5 不同配比YbF_3+MgF_2对介电性能的影响

5.3 YbF_3+CaF_2复合烧结助剂对Si_3N_4陶瓷烧结的影响

5.3.1 不同配比YbF_3+CaF_2对致密度的影响

5.3.2 不同配比YbF_3+CaF_2对物相组成的影响

5.3.3 不同配比YbF_3+CaF_2对微观结构的影响

5.3.4 不同配比YbF_3+CaF_2对力学性能的影响

5.3.5 不同配比YbF_3+CaF_2对介电性能的影响

5.4 本章小结

第6章全文总结

参考文献

作者简介及科研成果

致谢

（10）基于液相组成和显微结构调控的高热导率氮化硅陶瓷的研究（论文提纲范文）

摘要

abstract

第1章绪论

1.1 功率半导体封装发展现状

1.1.1 氧化铍陶瓷基板

1.1.2 氧化铝陶瓷基板

1.1.3 氧化锆增韧氧化铝陶瓷基板

1.1.4 氮化铝陶瓷基板

1.1.5 氮化硅陶瓷基板

1.2 氮化硅简介

1.2.1 氮化硅的发展历史

1.2.2 氮化硅的晶体结构

1.3 氮化硅粉体的制备方法

1.3.1 碳热还原二氧化硅法

1.3.2 硅粉直接氮化法

1.3.3 自蔓延高温合成法

1.3.4 硅酰亚胺分解法

1.4 氮化硅陶瓷的液相烧结

1.4.1 液相烧结基础

1.4.2 氮化硅陶瓷的液相烧结机制

1.4.3 氮化硅陶瓷烧结助剂的选择

1.4.4 氮化硅陶瓷的烧结工艺

1.5 氮化硅陶瓷的性能及应用

1.5.1 氮化硅陶瓷的抗弯强度

1.5.2 氮化硅陶瓷的断裂韧性

1.5.3 氮化硅陶瓷的热导率

1.5.4 氮化硅陶瓷的颜色

1.5.5 氮化硅陶瓷的其他性能

1.5.6 氮化硅陶瓷的应用领域

1.6 高热导率氮化硅陶瓷的研究

1.6.1 氮化硅陶瓷热导率研究进展

1.6.2 氮化硅陶瓷热导率的影响因素

1.6.3 氮化硅陶瓷热导率的改善途径

1.7 本课题研究内容与意义

第2章氮化硅陶瓷的制备与表征方法

2.1 实验原料

2.2 制备工艺

2.3 组织结构分析方法

2.4 性能表征方法

第3章氮化硅陶瓷液相烧结及致密化机理研究

3.1 研究背景

3.2 液相生成过程模拟实验

3.3 烧结工艺参数对氮化硅陶瓷致密化行为和微观形貌的影响

3.3.1 烧结温度的影响

3.3.2 升温速率的影响

3.4 原料粉体特征对氮化硅陶瓷致密化行为和性能的影响

3.4.1 原料粉体特征

3.4.2 不同氮化硅粉体致密化行为的差异

3.4.3 氮化硅粉体特征参数对陶瓷性能的影响

3.5 烧结助剂对氮化硅陶瓷致密化行为和微观形貌的影响

3.5.1 烧结助剂用量对氮化硅陶瓷致密化行为和微观形貌的影响

3.5.2 Y_2O_3/MgO比例对氮化硅陶瓷致密化行为和微观形貌的影响

3.5.3 非氧化物助剂GdH_2对氮化硅陶瓷致密化行为和微观形貌的影响

3.6 本章小结

第4章氮化硅粉体硅热还原预处理对氮化硅陶瓷性能的影响

4.1 研究背景

4.2 材料制备与表征

4.3 硅热还原反应可行性验证

4.4 硅热还原预处理对失重、致密化和相转变的影响

4.5 硅热还原预处理对微观形貌的影响

4.6 硅热还原预处理对氮化硅陶瓷性能的影响

4.7 本章小结

第5章金属硅化物烧结助剂对氮化硅陶瓷致密化及性能的影响

5.1 研究背景

5.2 以ZrSi_2-MgO为烧结助剂制备高热导率氮化硅陶瓷

5.2.1 材料制备与表征

5.2.2 ZrSi_2对失重与致密化的影响

5.2.3 ZrSi_2作用机理研究

5.2.4 ZrSi_2对相组成的影响

5.2.5 ZrSi_2对微观形貌的影响

5.2.6 ZrSi_2对热导率的影响

5.2.7 ZrSi_2对力学及电学性能的影响

5.3 以双非氧化物ZrSi_2-MgSiN_2为烧结助剂制备高热导率氮化硅陶瓷

5.3.1 素坯预烧结处理

5.3.2 烧结助剂组成对致密化行为的影响

5.3.3 烧结助剂组成对致密度和相组成的影响

5.3.4 烧结助剂组成对微观形貌和元素分布的影响

5.3.5 烧结助剂组成对热导率的影响

5.4 本章小结

第6章金属氢化物烧结助剂对氮化硅陶瓷致密化及性能的影响

6.1 研究背景

6.2 材料制备与表征

6.3 以YH_2-MgO为烧结助剂制备高热导率氮化硅陶瓷

6.3.1 素坯预烧结处理

6.3.2 YH_2对致密化和失重行为的影响

6.3.3 YH_2对相组成和元素分布的影响

6.3.4 YH_2对微观形貌的影响

6.3.5 YH_2对热导率的影响

6.3.6 YH_2对力学性能的影响

6.3.7 不同REH_2对氮化硅热导率影响的差异

6.3.8 结论

6.4 以ZrH_2-MgO为烧结助剂制备高热导率氮化硅陶瓷

6.4.1 素坯预烧结处理

6.4.2 ZrH_2对致密度的影响

6.4.3 ZrH_2对相组成和元素分布的影响

6.4.4 ZrH_2对微观形貌的影响

6.4.5 ZrH_2对热导率的影响

6.4.6 结论

第7章全文总结