Rare Earth Oxides on Properties of Pressureless Sintered Si3N4 Ceramics

段于森 1,2 , 张景贤 1 , 李晓光 1 , 黄鸣鸣 1,2 , 施 鹰 2 , 谢建军 2 , 江东亮 1 (1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050; 2. 上海大学 材料科 学与工程学院, 上海 200444) 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(Re 2 O 3 )和氧化钛 (TiO 2 )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 Si 3 N 4 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 Sm 2 O 3 后样品最高密度仅为 3.14 g/cm 3 。但是当 Sm 2 O 3 -TiO 2 烧结助剂含量为 8wt%时, 样品断裂韧性可达 5.76 MPam 1/2 。 当添加 Lu 2 O 3 且烧结助剂含量为 12wt%时, 材料的密度可达 3.28 g/cm 3 , 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, Er 2 O 3 -TiO 2 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