碳熱還原氮化法制備高光學(xué)質(zhì)量AlON透明陶瓷的研究.pdf

1、立方尖晶石結(jié)構(gòu)的AlON透明陶瓷具有與藍(lán)寶石單晶相媲美的優(yōu)異光學(xué)及機(jī)械性能，被認(rèn)為是一種頗具潛力的結(jié)構(gòu)功能一體化多晶材料，可以應(yīng)用于紅外窗口材料、整流罩、透明裝甲以及白光LED等其它光學(xué)元件。
　　本文以商業(yè)γ-Al2O3和納米碳黑為原料，采用兩步碳熱還原氮化法制備了純相AlON粉體，以Y2O3和MgO為燒結(jié)助劑，利用無(wú)壓燒結(jié)及熱等靜壓后處理制備了高光學(xué)質(zhì)量的AlON透明陶瓷。首先研究了原料粉體球磨時(shí)間、煅燒溫度和保溫時(shí)間對(duì)所合成

2、粉體物相組成、比表面積和微觀形貌的影響。研究表明，延長(zhǎng)球磨時(shí)間可以有效打碎碳顆粒，并且增加γ-Al2O3和碳顆粒的接觸面積，但對(duì)合成粉體的物相組成影響不大；在兩步碳熱還原氮化法中，第一步保溫溫度對(duì)最終粉體的物相組成影響不大，第二步合成溫度及保溫時(shí)間是獲得純相AlON粉體的關(guān)鍵。最終，我們采用球磨24 h的γ-Al2O3/C混合粉體，在流通氮?dú)鈿夥障?，將粉體在1550oC保溫1 h并隨后在1750oC保溫2 h制備純相AlON粉體。隨后研

3、究了AlON粉體的球磨時(shí)間對(duì)粉體粒度分布、微觀形貌以及所獲得AlON透明陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)透過(guò)率的影響。研究表明，與球磨12 h后的AlON粉體相比，延長(zhǎng)球磨時(shí)間至24 h可以獲得顆粒細(xì)小、粒度分布窄、形貌規(guī)則的 AlON粉體，有利于提高最終陶瓷樣品的光學(xué)透過(guò)率。以0.25 wt％的MgO和0.04 wt%的Y2O3為燒結(jié)助劑，在1850 oC氮?dú)鈿夥障聼o(wú)壓燒結(jié)6 h，獲得的 AlON透明陶瓷在可見(jiàn)光到紅外波段的直線透過(guò)率高于80%。

4、為了進(jìn)一步提高AlON透明陶瓷的光學(xué)透過(guò)率，采用熱等靜壓工藝，在200 MPa氬氣氣氛下，在1825oC保溫3 h對(duì)AlON透明陶瓷進(jìn)行后處理。研究了預(yù)燒溫度和燒結(jié)助劑的添加對(duì)AlON透明陶瓷微觀結(jié)構(gòu)及光學(xué)透過(guò)率的影響。結(jié)果表明，HIP后樣品光學(xué)質(zhì)量提高，其中添加燒結(jié)助劑的陶瓷樣品在可見(jiàn)光及紅外波段的透過(guò)率高于85%，與理論透過(guò)率幾乎相等。熱等靜壓可實(shí)現(xiàn) AlON透明陶瓷的細(xì)晶粒化和高光學(xué)質(zhì)量，在AlON透明陶瓷的大尺寸制備以及商業(yè)化生