中文摘要：

氮化硅陶瓷的热导率以往研究得比较少，普遍只有20-30W/mK。近期研究表明氮化硅具有与氮化铝相同的理论热导率，并且已经研制出热导率达155W/mK的氮化硅陶瓷，具有广阔的应用前景。然而由于提高热导率需经高温处理，造成晶粒异常生长、力学性能严重劣化，而且一般还将热导率升高归因于晶粒生长，这导致高热导率氮化硅陶瓷研究徘徊不前。申请人最新发现采用放电等离子烧结工艺细化晶粒仍然能够获得高热导率，显示热导率可能与晶粒大小无关，说明有可能通过抑制高温处理时的晶粒生长，优化组织，获取高热导率高强度氮化硅陶瓷。因此，本项目拟进一步开展相关研究，揭示放电等离子烧结工艺参数、高温热处理工艺参数、原料粉体种类、烧结助剂种类及添加量等对氮化硅陶瓷的微观组织结构及性能的影响规律，以求优化氮化硅陶瓷组织，获得高热导率高强度氮化硅陶瓷。本项目还将对高热导率的产生机理进行系统研究。

结论摘要：

一般认为β氮化硅柱状晶的生长有助于提高热导率，通过高温长时间处理使氮化硅晶粒粗大化来提高热导率，然而这样会造成机械性能劣化。本课题对氮化硅陶瓷的放电等离子烧结工艺以及其后的热处理工艺对氮化硅陶瓷的微观组织、热导率以及机械性能和电学性能的影响进行了系统的研究，还对稀土氧化物、稀土氟化物烧结助剂，氮化硅原料粉种类，以及热压和SPS烧结工艺对氮化硅陶瓷组织及性能的影响进行了对比研究。发现放电等离子烧结时的加热速率和热处理温度对氮化硅陶瓷的组织和性能有显著影响；而采用稀土氟化物烧结助剂替代稀土氧化物烧结助剂能够显著提高热导率。通过研究证明了氮化硅陶瓷的热导率主要取决于β柱状晶的体积分数和晶格完整度，而晶粒尺寸影响较小；并且通过适当选择烧结助剂，采用放电等离子烧结后热处理调质的工艺，制备了出晶粒细小，热导率可达100W/mK、强度可超过1000MPa的高热导率高强度氮化硅陶瓷。该陶瓷的热导率为现用同等强度氮化硅陶瓷的2-3倍，而强度比文献报道、以及采用常压或者热压烧结工艺制备的同等热导率氮化硅陶瓷提高30%以上。研究成果已用于制作快速升温电热元件基板。