高强度六方氮化硼（HBN）陶瓷低温致密化制备取得突破

      2月20日，NATURE上发布了题为“Low temperature self-densification of high strength bulk hexagonal boron nitride”（低温自致密高强度六方氮化硼陶瓷制备）的科研成果。海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室和材料与化学工程学院、东华大学纤维材料改性国家重点实验室、美国纽约州立阿尔弗雷德大学稻盛和夫工程学院的科研人员通六方氮化硼（HBN）掺入立方氮化硼颗粒（CBN）低温烧结（低于1700℃），获得了强度是传统制备HBN陶瓷2-3倍的高致密氮化硼陶瓷。

      概述&简介

      六方氮化硼（HBN）陶瓷在高温下具有化学惰性、高润滑性、抗热震性和良好的介电性能，以其优异的耐火性能而应用广泛。然而，目前常规制备的HBN陶瓷由于低密度和低强度而降低了材料的适用性。HBN具有与石墨类似的典型二维层状结构，也被叫做“白石墨”。层与层之间容易滑动而具有高润滑的同时，也导致其很难致密堆积，烧结过程中自扩散缓慢，这些都阻碍了HBN陶瓷的致密化。常规无压烧结HBN，无添加剂的情况下，相对密度小于70%，因此通常需要添加助剂并采用热压（HP）烧结才能制备相对致密的HBN陶瓷。

      为促进氮化硼陶瓷致密，如B2O3等多种氧化物被研究用于助剂，虽然它们有助于实现高密度和更好的机械性能，但同时也会损害氮化硼陶瓷的其他性能，如耐化学腐蚀和介电性能等。此前有研究成果，100Mpa压力下无任何助剂添加情况下以2000℃进行离子烧结（SPS）可获得95.1%相对密度的HBN陶瓷。但是由于制备条件过于苛刻，不适合工业化生产。而这个结果似乎也表明HBN陶瓷的密度上限约为95%，制备出无添加的高纯致密氮化硼陶瓷似乎成为奢望。

      研究团队在最近的研究中发现，利用离子烧结法在1600℃以下烧结金刚石微粉可以获得强度较高的洋葱石墨。基于此，研究团队的思路是利用由立方氮化硼（CBN）同样可以制备出洋葱氮化硼（BN）。由于烧结过程中，CBN颗粒向洋葱氮化硼转变伴随着体积膨胀，而膨胀既能填充HBN之间的空隙，又能减少扩散，由此来提高致密化。而该方法也为其他材料的制备开辟了新的可能。其后依此进行的实验结果是，高强度氮化硼陶瓷（HSHBN）在1600℃相对密度达到95.5%，在1700℃相对密度达97.6%的。