稀土氧化物对常压烧结氮化硅陶瓷性能的影响

摘要： 高导热氮化硅陶瓷是大功率电力电子器件散热的关键候选材料。研究采用稀土氧化物(Re2O3)和氧化钛(TiO2)烧结助剂体系, 通过低温常压烧结方法来制备氮化硅陶瓷, 以有效降低成本, 满足实际应用的需求。系统研究了烧结助剂种类及含量对Si3N4陶瓷的致密化行为、热导率、显微结构以及力学性能的影响。研究发现随着稀土离子半径的增大, 材料的致密度和热导率均呈现下降趋势, 添加Sm2O3后样品最高密度仅为3.14 g/cm3。但是当Sm2O3-TiO2烧结助剂含量为8wt%时, 样品断裂韧性可达5.76 MPa？m1/2。当添加Lu2O3且烧结助剂含量为12wt%时, 材料的密度可达3.28 g/cm3, 但是大量存在的第二相导致热导率仅为42.3 W/(m？K)。研究发现该材料具有良好的断裂韧性。经1600℃退火8 h后, Er2O3-TiO2烧结助剂样品的热导率达到51.8 W/(m？K), 基本满足一些功率电路基板材料的实际应用需求。