稀土陶瓷材料

  稀土材料在高推比航空发动机上的应用出现新进展。近年来中航总公司开展了稀土在结构陶瓷方面的应用研究。氮化硅陶瓷具有高温下强度高、抗热震性能好、高温蠕变小等优良的性能，是一种最有希望用于高推重比发动机的新型结构陶瓷材料。氮化硅陶瓷仍遵循着液相烧结机理，需加入一些氧化物添加剂与Si₃N₄，颗粒表面的出SiO₂层反应，生成液相以促进烧结。引入A1₂0_３，、MgO等氧化物为烧结助剂后，氮化硅陶瓷的断裂韧性和强度并不高，但引人稀土氧化物Y₂O₃即Y₂0₃一A1₂0₃，或Y₂O₃一MgO为烧结助剂，氮化硅陶瓷的常温断裂韧性和强度得到明显的改善，但高温性能并不好。近年来的研究发现以稀土氧化物Y₂0₃和La₂0₃为添加剂，材料的力学性能大幅度提高，尤其是高温断裂韧性得到明显改善。研究表明：Y₂O₃和La₂0₃的引入对氮化硅陶瓷中β一Si₃N₄，晶粒的生长行为有重要影响，从而影响了氮化硅陶瓷的结构和性能。选适当比例和含量的Y₂0₃和La₂O₃作添加剂，可得到轴比较大的β一Si₃N₄晶粒，这样使氮化硅陶瓷产生了自增韧的效果。陶瓷属脆性材料，一般不能用于结构件。为了克服其脆性。通常引入纤维、晶须等增强组份，但这就产生了不同形态的组份难以均匀分散，给制造工艺带来困难。目前这一问题正是限制陶瓷料在高技术领域里应用的关健。将稀土氧化物引入陶瓷粉未中，能够在陶瓷烧结过程中产生原位增韧即自增韧的效果，恰好克服了上述引入纤维、晶须等带来的制造上的困难。因此在陶瓷材料中引入稀土氧化物，将为陶瓷材料在高新技术领域里开阔一个更为广阔的应用前景。 专用集成电路为适应作战需要，必须抗辐射加固，提高可靠性，同时集成电路和计算机技术向更高电路密度和更快运算速度发展，均推动陶瓷材料基片及其封装向更高性能和更精细工艺方向发展。作为基片材料，必须满足低介电常数，高热导率，高机械强度，与半导体芯片相匹配的热膨胀系数。氮化铝（AIN）多层基片与传统的氧化铝（A1₂0₃）基片相比，有较高的导热率，适用于高功耗、高引线数和大尺寸芯片，成为近年来航空及军工行业开发的重点。采用稀土氧化钇（Y₂0₃，）和氧化钙混合添加剂，可以降低氮化铝的烧结温度，促进烧结。这种掺杂后的氮化铝（AIN）陶瓷，导热率260W／（m.K），适于高密度布线，热阻仅为同样结构和相同引线数的氧化铝封装的1/4,这种基片已用于含1800个输入／输出头的计算机系统的多层布线阵列的封装。