尖晶石型AlON透明陶瓷的制备与表征

尖晶石型氮氧化铝(AlON)是Al2O3-AlN体系的一个重要的单相、稳定的的固溶体陶瓷,它以其独特的性能成为颇具潜力的新材料。AlON陶瓷具有优良的光学、物理、机械和化学性质,特别是它所具有的各向同性,高温烧结可制成透明陶瓷,因而是耐高温红外窗和罩的优选材料。本论文首先制备了高纯AlON微粉,其次是分别采用高纯AlON微粉,采用Al2O3、AlN、Al粉制备出透明AlON陶瓷,并对其性能和结构进行了分析与表征。首先分别采用高纯Al2O3和Al2O3溶胶,与AlN混合,用常压烧结工艺在氮气气氛下制备出高纯AlON微粉。通过XRD测试分析了相成分,用SEM分析了断口形貌。结果显示:合成的AlON微粉,晶粒粒径较小,平均粒径500nm左右,氮氧化铝相为Al5O6N,其固溶区为33.4 mol%AlN,属于尖晶石型结构。其次采用高纯AlON微粉为原料和采用高纯Al2O3、AlN和Al粉为原料,用Y2O3和MgO作为烧结助剂,在150MPa下等静压成型,分别采用常压烧结工艺与热压烧结工艺,在氮气气氛下,1900℃保温3h制备出透明尖晶石型AlON陶瓷。其采用热压烧结工艺制备的透明AlON陶瓷(2mm),晶粒发育完善且分布均匀,晶界平直光滑且无第二相的存在,其在紫外、可见光区(190~1100nm)最大透光率为70%,密度为3.70 g/cm3,三点弯曲强度为201 MPa。结果表明,AlON陶瓷纯度越高,透明性越好;提高反应温度,能提高AlON陶瓷透过率;等静压成型,随着成型压力的提高,透明性大大提高;在烧结过程中,保温时间过长,晶粒异常长大,透明AlON陶瓷机械性能降低;以高纯AlON微粉为原料,制备的透明AlON陶瓷比Al2O3和AlN直接反应制备的透明AlON陶瓷透光性更高;采用热压烧结工艺比氮气常压烧结更好。

氮氧化铝; 透明陶瓷; 尖晶石型; 高纯度; 等静压成型; 透过率;

田贵山;

TQ174

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