La2O3-Y2O3复掺制备高强韧Al2O3陶瓷基板

• 作者: 刘磊仁 聂光临 黄丹武 赵振华 包亦望 伍尚华
• 来源期刊: 陶瓷学报
• 学科: 工学
• 关键词: Al2O3陶瓷 抗弯强度 热导率 断裂韧性 流延成型
• 年，卷（期）: 2021,（6）
• 所属期刊栏目: 研究与探索|Research and Exploration
• 页码范围: 1026-1035
• 页数: 10页
• 分类号: TQ174.75
• 语种: 中文
• DOI: 10.13957/j.cnki.tcxb.2021.06.016

摘要

Al2O3作为应用最广的陶瓷基板,优异的力学强度、韧性与导热性能是确保其安全可靠服役的前提.稀土金属氧化物(La2O3、Y2O3)掺杂是提升Al2O3陶瓷力学性能的有效方法,然而,单一掺杂的强化效果有限,因此,采用La2O3-Y2O3复掺的方法以望进一步提升Al2O3陶瓷基板的抗弯强度与断裂韧性,并在此基础上探讨了La2O3-Y2O3复掺对Al2O3陶瓷热导率的影响规律.采用流延工艺分别于1550℃、1600℃保温2 h制得了Al2O3陶瓷,研究了烧结温度和La2O3/Y2O3掺量之比对Al2O3陶瓷物相组成、显微结构、力学-热学性能的影响,研究结果表明:当烧结温度为1550℃时,随着La2O3/Y2O3掺量之比的降低,Al2O3陶瓷的热导率逐渐增大,而其抗弯强度和断裂韧性呈先上升后下降的变化趋势,4 wt.％La2O3-1 wt.％Y2O3复掺制得的Al2O3陶瓷最高抗弯强度为(682.24±41.51)MPa、最高断裂韧性为(5.58±0.56)MPa.m1/2,且其热导率较5 wt.％La2O3单掺试样高20.3％;当烧结温度为1600℃时,随着La2O3/Y2O3掺量之比的降低,Al2O3陶瓷的热导率逐渐增大,而其抗弯强度和断裂韧性逐渐减小,即掺加5 wt.％La2O3的Al2O3陶瓷(5:0-1550℃)最高抗弯强度为(629.57±31.15)MPa、断裂韧性为(5.71±0.34)MPa.m1/2.由上述两个烧结温度获得的最优强度-韧性试样的性能对比可知,La2O3-Y2O3复掺的强化效果与烧结温度密切相关,4:1-1550℃试样的热导率与弯曲强度分别较5:0-1600℃试样高5.6％、8.4％,说明La2O3-Y2O3复掺有利于低温烧结制备力学-热学综合性能优异的Al2O3陶瓷.