Y-Mg-Si合金添加剂高效脱氧提升氮化硅(Si3N4)陶瓷导热性能的创新研究

研究人员通过热压烧结结合常压热处理技术，采用Y-Mg-Si合金作为烧结添加剂，系统探究了添加剂含量对Si3N4陶瓷致密化、微观结构和性能的影响。该研究成功将材料导热率提升至67.2 W·m?1·K?1，同时保持16.1 GPa硬度和9.63 MPa·m1/2断裂韧性，为高强高导热陶瓷制备提供了新思路。

　　

这项突破性研究揭示了Y-Mg-Si合金在氮化硅(Si₃N₄)陶瓷烧结中的神奇功效。科研团队巧妙利用该合金添加剂，通过1750°C热压烧结配合1850°C后热处理，让陶瓷材料实现了从"保温砖"到"导热片"的华丽变身。

实验数据显示，当合金添加量达到6 wt%时，材料导热系数飙升至52.7 W·m^?1·K^?1，较传统氧化物添加剂提升22%。这要归功于合金组分与Si₃N₄表面SiO₂的优先反应——就像精准的"氧捕手"，有效提升了烧结液相中氮氧比(N/O)，将影响导热的晶格氧含量降到最低。

更令人振奋的是，经过5小时高温"桑拿"处理后，材料导热性能再创新高，达到67.2 W·m^?1·K^?1。与此同时，16.1 GPa的硬度和9.63 MPa·m^1/2的断裂韧性，让这种陶瓷既具备优秀的传热能力，又保持着"金刚不坏"之身。这项研究为电子器件散热材料开发提供了全新解决方案，或许不久的将来，我们的手机芯片就能享受这种"陶瓷空调"的清凉服务了。