耐高温透红外AlON陶瓷的制备及性能研究

论文摘要

耐高温透红外AlON陶瓷具有良好的力学、光学和物理化学性能,是一类很有发展前景的高温透红外材料,作为红外制导导弹的关键光学器件因而也是很重要国防军事材料。因此,本文针对高性能耐高温透红外AlON陶瓷的制备,开展了高温固相法合成高纯超细AlON粉末的制备和性能研究,并以制备出的AlON粉末为原料通过热压烧结法制备AlON陶瓷。首先,研究了以γ-Al2O3和A1N为原料高温固相法合成AlON的反应温度、保温时间和原料配比等对生成AlON粉末的影响。结果表明：当原料混合粉末中AlN含量为30mo1%时,在1800℃温度下保温3h后得到纯相的AlON粉末,粉末平均粒径约5μm。并且,通过对晶格常数的计算,从晶格常数与AlON晶体的对应组成的关系中,得到所合成的尖晶石型AlON的化学式为Al17O21N3。其次,在上述实验的基础上,探索了以Al2O3气凝胶和A1N为原料高温固相法合成AlON粉体。结果表明：通过对A1203气凝胶的分析,理论上证实了采用A1203气凝胶和A1N为原料高温固相法对于合成高纯、超细、高活性AlON粉体具有很大潜力,并A1N含量为30mo1%的混合原料,在1800℃温度下保温4h合成了纯相的AlON粉末。最后,将γ-Al2O3和A1N为原料高温固相法合成AlON的纯相的AlON粉体,通过空气气氛中650℃保温1h的除碳处理和球磨工艺后作为原料粉体,研究了AlON粉体热压烧结法制备耐高温透红外AlON中不同的烧结温度、压力、保温时间、烧结助剂等因素对AlON陶瓷的致密度、力学和光学等性能的影响。结果表明：当添加Y203烧结助剂量为0.5wt%在30MPa压力在1800℃条件下保温3h后可得到的AlON陶瓷,致密度为99.76%,弯曲强度为231.53MPa,弹性模量为146.89GPa。在1900℃烧结温度下,并在30MPa压力保温1h后,添加0.5wt%Y2O3烧结助剂制备出的AlON陶瓷,其红外透过率仅为30%左右,而未添加烧结助剂的AlON粉末在同样条件下,制备出的AlON陶瓷红外透过率可达50%左右。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 耐高温透红外材料的研究背景
• 1.2 透红外材料的研究现状
• 1.3 耐高温透红外材料的研究现状
• 1.4 耐高温透红外AlON陶瓷的研究进展
• 1.4.1 AlON的组成及结构
• 1.4.2 AlON的粉末的制备
• 1.4.3 AlON陶瓷的制备
• 1.5 透红外的影响因素
• 1.5.1 本征影响因素
• 1.5.2 环境温度影响因素
• 1.5.3 制备影响因素
• 1.6 论文选题依据与研究内容
• 1.6.1 选题依据
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 实验和研究方法
• 2.1 论文总体研究方案
• 2.2 实验原料及试剂
• 2.3 AlON粉末的制备
• 2O₃和AlN为原料制备AlON粉末及性能研究'>2.3.1 以γ-Al₂O₃和AlN为原料制备AlON粉末及性能研究
• 2O₃气凝胶与AlN为原料制备AlON粉末及性能研究'>2.3.2 以Al₂O₃气凝胶与AlN为原料制备AlON粉末及性能研究
• 2.4 AlON陶瓷的制备
• 2.5 分析与表征
• 2.5.1 组成、结构与形貌
• 2.5.2 性能测试
• 第三章 AlON粉末的制备
• 3.1 实验原料的表征
• 3.1.1 XRD表征
• 3.1.2 SEM和TEM表征
• 3.2 AlON粉末的合成及其组成与结构的影响因素
• 3.2.1 反应温度对AlON组成及结构的影响
• 3.2.1.1 反应温度对AlON合成的影响
• 3.2.1.2 反应温度对AlON晶格常数的影响
• 3.2.1.3 反应温度对合成的AlON形貌的影响
• 3.2.1.4 反应温度对合成的AlON粒径分布的影响
• 3.2.2 保温时间对AlON组成及结构的影响
• 3.2.2.1 保温时间对AlON合成的影响
• 3.2.2.2 保温时间对AlON晶格常数的影响
• 3.2.2.3 保温时间对合成的AlON形貌的影响
• 3.2.3 原料配比对AlON组成及结构的影响
• 3.2.3.1 原料配比对AlON合成的影响
• 2O₃气凝胶和AlN粉末合成AlON的探索'>3.2.4 Al₂O₃气凝胶和AlN粉末合成AlON的探索
• 2O₃气凝胶基本结构及组成分析'>3.2.4.1 Al₂O₃气凝胶基本结构及组成分析
• 3.2.4.2 结果与讨论
• 3.3 本章小结
• 第四章 AlON陶瓷的制备
• 4.1 AlON粉末的预处理
• 4.1.1 AlON除碳工艺
• 4.1.2 AlON球磨工艺对粉末颗粒的影响
• 4.2 烧结工艺对AlON陶瓷结构及性能的影响
• 4.2.1 烧结助对剂热压烧结AlON陶瓷的影响
• 4.2.2 温度对热压烧结AlON陶瓷的影响
• 4.2.3 保温时间对热压烧结AlON陶瓷的影响
• 4.2.4 压力对热压烧结AlON陶瓷的影响
• 4.2.5 试样抛光前后的显微结构
• 4.2.6 热压烧结光学性能分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果