隨著工程技術的發展，越來越多的先進陶瓷材料因具有較高的力學、抗氧化、絕緣、導熱等優 秀性能被用于制成各種產品及零部件，但隨之而來的“加工難”也讓許多生產企業頭疼。

                                          精密加工氮化硼陶瓷件

之所以產生這個問題，根本原因是先進陶瓷具有較高的硬度而且脆性較大，因此可加工性能較差。但先進陶瓷具備那么多優勢，總不能因噎廢食，因此為了改善陶瓷材料的可加工性，就有了這種解決方式——向陶瓷材料中加入六方氮化硼相制備可加工復相陶瓷。

 一、為什么選擇氮化硼？

氮化硼(boron nitride，BN)是由第三族元素硼(B)和第五族元素氮(N)組成一種重要的III.V族化合物，具有寬帶隙、高熱導率、抗氧化性等優異的物理化學性能，主有兩種晶型：立方氮化硼和六方氮化硼。

其中，六方氮化硼因有著類似石墨的層狀結構和晶格參數，也被稱為“白石墨”，質軟，具有優 秀的熱導率和絕緣特性。以它制成的陶瓷制品由于硬度低（莫氏強度2），因此可進行精度為1/100mm的機械加工——這就是向陶瓷材料中加入六方氮化硼可提高其加工性能的主要原因。

按照可加工氮化硼系復相陶瓷中氮化硼的來源，可將氮化硼系復相陶瓷的制備方法分為直接混合法，前驅體化學預引入法，原位反應合成法和前驅體浸漬熱解法。

①直接混合法是直接將氮化硼粉末與陶瓷粉末相混合制成復合粉末，經成型工藝和經過高溫燒結工藝制備可加工氮化硼系復相陶瓷。由于這種方法引入的六方氮化硼粉末一般為微米級的粉末，采用這種方法制備的復合材料稱為微米級氮化硼系復相陶瓷。

②前驅體化學預引入法是先將氮化硼的前驅體與陶瓷粉末相混合，通過高溫熱解反應生成納米尺寸的氮化硼顆粒包覆在陶瓷顆粒表面，再將所得的復合粉末經過成型工藝，再經過高溫燒結工藝制備成氮化硼系復相陶瓷。由于采用該方法在陶瓷中引入的六方氮化硼為納米尺寸，所以制備出具有納米結構的氮化硼系復相陶瓷。

③原位反應合成法采用含硼元素的化合物與含氮元素的化合物相混合，在高溫下兩種化合物中的硼元素和氮元素發生反應生成六方氮化硼，其他元素發生反應生成另一種陶瓷組元。原位反應法是通過化合物之間的反應生成六方氮化硼和陶瓷材料最終通過高溫燒結工藝制備氮化硼系復相陶瓷。

④前驅體浸漬熱解法是近幾年來出現的一種向陶瓷材料中引入六方氮化硼的新工藝，其基本工藝是先制備陶瓷坯體，將液態的前驅體或者前驅體溶液通過真空浸漬的方式引入陶瓷坯體，然后加熱使前驅體熱解轉變為六方氮化硼存在于陶瓷坯體中，然后經過高溫燒結工藝制備氮化硼系復相陶瓷。

需要氮化硼加入來改善加工性及韌性的，一般都是硬度較大的陶瓷材料，如SiC、Si₃N₄、Al₂O₃、ZrO₂和AlN等。通過加入具有層狀結構的h-BN作為彌散相，控制一定的組成及工藝，可使得高強度陶瓷獲得良好的可加工性能。

總的來說，當加工相h-BN顆粒均勻地分布在陶瓷基體中，就能使得復相陶瓷變得容易進行機械加工。但是由于在陶瓷基體中加入一定量的h-BN相后，由于可加工h-BN相的力學性能較低，將h-BN相加入到陶瓷基體中將會降低氮化硼系復相陶瓷的力學性能，所以可加工氮化硼系復相陶瓷的力學性能都是隨著h-BN相含量的增加而逐漸降低。

但同時，由于h-BN材料具有較高的抗熱震性能和抗氧化性，所以也能使得可加工氮化硼系復相陶瓷具有更好的抗熱震性能以及較高的抗高溫氧化性能，因此最終還是要視應用的具體工況來確定是否應制成復合陶瓷材料。

資料來源：

1、江濤,韓慢慢,付甲.可加工氮化硼系復相陶瓷的研究發展現狀和發展趨勢以及應用現狀分析[J].現代技術陶瓷,2021,42(4):225-247. DOI:10.16253/j.cnki.37-1226/tq.2021.04.002.

2、北京工業大學.一種制備氮化鋁/氮化硼復相陶瓷的方法:CN200710063448.8[P]. 2007-08-08.

3、梁峰,薛正良,趙雷等.六方氮化硼復合氧化鋁耐火材料的性能研究[J].耐火材料,2014,48(06):401-405.

4、吳金雙1,2,周磊1,邢鶴琳1,王喆3,董超芳3,楊瑟飛1.Al2O3-氮化硼納米晶包覆的3%氧化釔穩定的四方氧化鋯多晶復合陶瓷粉體的制備[J].華西口腔醫學雜志,2017,(第5期).

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