2月20日，NATURE上發布了題為“Low temperature self-densification of high strength bulk hexagonal boron nitride”（低溫自致密高強度六方碳化硼陶瓷制備）的科研成果。海南大學南海海洋資源利用國家重點實驗室和材料與化學工程學院、東華大學纖維材料改性國家重點實驗室、美國紐約州立阿爾弗雷德大學稻盛和夫工程學院的科研人員通過六方氮化硼（HBN）摻入立方氮化硼顆粒（CBN）低溫燒結（低于1700℃），獲得了強度是傳統制備HBN陶瓷2-3倍的高致密氮化硼陶瓷。

概述&簡介

六方氮化硼（HBN）陶瓷在高溫下具有化學惰性、高潤滑性、抗熱震性和良好的介電性能，以其優異的耐火性能而應用廣泛。然而，目前常規制備的HBN陶瓷由于低密度和低強度而降低了材料的適用性。HBN具有與石墨類似的典型二維層狀結構，也被叫做“白石墨”。層與層之間容易滑動而具有高潤滑的同時，也導致其很難致密堆積，燒結過程中自擴散緩慢，這些都阻礙了HBN陶瓷的致密化。常規無壓燒結HBN，無添加劑的情況下，相對密度小于70%，因此通常需要添加助劑并采用熱壓（HP）燒結才能制備相對致密的HBN陶瓷。

為促進氮化硼陶瓷致密，如B2O3等多種氧化物被研究用于助劑，雖然它們有助于實現高密度和更好的機械性能，但同時也會損害氮化硼陶瓷的其他性能，如耐化學腐蝕和介電性能等。此前有研究成果，100Mpa壓力下無任何助劑添加情況下以2000℃進行離子燒結（SPS）可獲得95.1%相對密度的HBN陶瓷。但是由于制備條件過于苛刻，不適合工業化生產。而這個結果似乎也表明HBN陶瓷的密度上限約為95%，制備出無添加的高純致密氮化硼陶瓷似乎成為奢望。

方法&成果

高強度【high strength hBN (HSHBN)】制備流程示意圖

研究團隊在最近的研究中發現，利用離子燒結法在1600℃以下燒結金剛石微粉可以獲得強度較高的洋蔥石墨。基于此，研究團隊的思路是利用由立方氮化硼（CBN）同樣可以制備出洋蔥氮化硼（BN）。由于燒結過程中，CBN顆粒向洋蔥氮化硼轉變伴隨著體積膨脹，而膨脹既能填充HBN之間的空隙，又能減少擴散，由此來提高致密化。而該方法也為其他材料的制備開辟了新的可能。其后依此進行的實驗結果是，高強度氮化硼陶瓷（HSHBN）在1600℃相對密度達到95.5%，在1700℃相對密度達97.6%的。

上述研究得到了國家重點研發計劃和自然科學基金的支持，以及來自海南大學南海海洋資源利用國家重點實驗室的資助。詳細內容請自行查閱論文，地址：https://www.nature.com/articles/s41467-019-08580-9.

YUXI 編譯