江苏大学胡盟/燕山大学马梦冬/清华大学武英举等：打破“方向枷锁”，氮化硼陶瓷实现“全方位”性能一致

信息来源：本站 | 发布日期： 2026-07-21 10:42:17 | 浏览量：69224

摘要：

六方氮化硼（hBN）素有“白色石墨”之称，凭借优异的力学性能、绝缘性、耐腐蚀性及介电性能，成为高端装备、航空航天等尖端领域不可或缺的关键材料。然而，这类材料的制备长期面临一个突出难题：在致密烧结过程中，片状hBN晶粒易沿压力方向定向排列，致使材料在不同方向上…

六方氮化硼（hBN）素有“白色石墨”之称，凭借优异的力学性能、绝缘性、耐腐蚀性及介电性能，成为高端装备、航空航天等尖端领域不可或缺的关键材料。

然而，这类材料的制备长期面临一个突出难题：在致密烧结过程中，片状hBN晶粒易沿压力方向定向排列，致使材料在不同方向上的物理性能差异显著。这种强烈的各向异性，极大地限制了其在复杂工况与高端场景中的稳定应用。传统调控策略（如减小前驱体粒径、优化烧结工艺、增加第二相等）虽能在一定程度上弱化hBN的织构化程度，但仍然难以实现真正意义上的各向同性，且往往会以牺牲hBN本征的优异性能为代价。

针对这一难题，本研究提出“相变调控”策略：通过放电等离子烧结和热压烧结，利用高温下cBN向hBN的相转变，构筑出三维互锁的微观结构，实现了氮化硼陶瓷的各向同性。

所制备的陶瓷块材在平行和垂直烧结压力方向上表现出高度一致的优异性能：抗压强度达129 MPa，弯曲强度达63 MPa，室温热导率达77 W·m^-1·K^-1。该研究为高端装备的热管理提供了理想材料。

文章亮点

（1）提出了“相变调控”策略，利用cBN在放电等离子烧结和热压烧结过程中的结构相变，成功制备出各向同性hBN块材。

（2）揭示了各向同性氮化硼陶瓷的形成机理：高温下cBN颗粒表面发生键合重构，首先形成晶格扭曲的乱层氮化硼（tBN）；随着温度进一步升高，tBN逐步转变为hBN。残留在hBN层间的tBN通过“钉扎效应”有效抑制了晶粒在烧结过程的取向排列，最终构筑出三维互锁的微观结构，实现了氮化硼陶瓷的各向同性（IOP=1）。

（3）实现了全方位性能一致：该陶瓷在平行和垂直烧结压力方向上表现出高度一致的优异性能：抗压强度达129 MPa，弯曲强度达63 MPa，室温热导率达77 W·m^-1·K^-1。

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