尖晶石型AlON透明陶瓷的制备与表征

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 透明陶瓷的发展现状
• 1.1.1 氧化物透明陶瓷
• 1.1.2 非氧化物透明陶瓷
• 1.2 透明陶瓷的应用
• 1.3 影响透明性的因素
• 1.3.1 本征影响因素
• 1.3.2 环境温度影响因素
• 1.3.3 制备影响因素
• 1.4 透明 AlON陶瓷的研究进展
• 1.4.1 AlON陶瓷的组成与结构
• 1.4.2 AlON陶瓷的性能
• 1.4.3 AlON陶瓷的制备方法
• 1.5 本文的研究内容及创新点
• 第二章 高纯氮氧化铝粉体的制备与表征
• 2.1 实验设备
• 2.2 实验原料
• 2.3 样品制备
• 2O₃和 AlN粉混合后直接反应'>2.3.1 Al₂O₃和 AlN粉混合后直接反应
• 2O₃、AlN和 Al粉混合后直接反应'>2.3.2 Al₂O₃、AlN和 Al粉混合后直接反应
• 2.3.3 凝胶法制备 AlON的粉体制备
• 2.4 性能测试方法
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 温度对 AlON转化的影响
• 2.5.2 不同配比对 AlON纯度和显微结构的影响
• 2.5.3 添加剂 Al粉对烧成温度的影响
• 2O₃对AlON粉体制备的影响'>2.5.4 纳米 Al₂O₃对AlON粉体制备的影响
• 2.6 本章小结
• 第三章 透明氮氧化铝陶瓷的制备与表征
• 3.1 实验
• 3.1.1 实验设备
• 3.1.2 实验原料
• 3.1.3 实验配方
• 3.1.4 实验步骤
• 3.2 性能测试方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 不同配比对透明 AlON陶瓷性能的影响
• 3.3.2 温度对透明 AlON陶瓷性能的影响
• 3.3.3 抛光试样表面的显微结构
• 3.3.4 等静压成型对透明AlON陶瓷性能的影响
• 3.3.5 添加剂对透明 AlON陶瓷性能的影响
• 3.3.6 保温时间对显微结构的影响
• 3.3.7 一步法与二步法的比较
• 3.3.8 热压烧结对透明性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 结论
• 4.1 结论
• 4.2 展望与今后开展的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表科研论文
• 研究生期间申请的专利