尖晶石型alon透明陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能

1、尖晶石型 尖晶石型 AlON AlON 透明陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能 透明陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能姓名：盧剛 班級(jí)：材研 1005 學(xué)號(hào)：104972100244摘要：尖晶石型氮氧化鋁（AlON)是 A12O3-AlN 體系的一個(gè)重要的單相、穩(wěn)定的的固溶體陶瓷，它以其獨(dú)特的性能成為頗具潛力的新材料。AlON 陶瓷具有優(yōu)良的光學(xué)、物理、機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)，特別是它所具有的各向同性，高溫?zé)Y(jié)可制成透明陶瓷，因而是耐高溫紅外窗和罩的優(yōu)選材料。本文介紹了 A

2、lON 陶瓷的研究進(jìn)展、組成與結(jié)構(gòu)、以及 AlON 陶瓷的相關(guān)性能。關(guān)鍵詞：氮氧化鋁；透明陶瓷；尖晶石型；研究進(jìn)展；組成與結(jié)構(gòu)；性能Abstract：The spinel aluminum oxynitride (AlON) is an important single-phase ,stable solid solution ceramic of A12O3-AlN system, and has become a quite pot

3、ential new material with unique performances . there are some excellent optical ,physical, mechanical and chemical properties of AlON ceramics, in particular which can be sintered into the transparent one for its isotrop

4、y, it is the optimum material for the infrared windows and covers to resist high temperature.In this paper, the research progress、composition、structure、and the properties of AlON ceramics are introduced.Key words: alumin

5、um oxynitride transparent ceramics spinel research progress composition structure properties1 透明 AlON 陶瓷的研究進(jìn)展尖晶石型氮氧化鋁(AlON)是 A1203-AlN 體系的一個(gè)重要的單相、穩(wěn)定的的固溶體陶瓷，氮氧化鋁的諸多特點(diǎn)決定了它是制備透明陶瓷難得的材料。它為立方尖晶石晶體結(jié)構(gòu)，空間群為 Fd3m，點(diǎn)

6、群為 m3m，即 AlON 具有各向同性的光學(xué)性能；AlON 具有很高的強(qiáng)度(380Mpa)和硬度(1950kg／mm2)；它的透光范圍寬，從紫外區(qū)的 0.2um 一直到紅外區(qū)的 6.0um 處，此外，作為多晶陶瓷，它比單晶藍(lán)寶石更容易制得大尺寸部件，而且用傳統(tǒng)的陶瓷制備技術(shù)就可以制得形狀復(fù)雜的透明部件，這大大降低了成本。因此 AlON 在透明裝甲和許多光學(xué)領(lǐng)域是非常有用的材料。大炮彈膛的窗口要承受激光能，AlON 也可用在大口徑大炮的

7、點(diǎn)火裝置。用)；后者的原因是從立方晶格型 AlON 轉(zhuǎn)變成三角形剛玉結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，由于試樣內(nèi)部溫度梯度大，晶格擇優(yōu)取向引起熱膨脹的各向異性，在冷卻時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致剝落和裂紋。Stockholm 大學(xué)的鄭捷等研究了 AlON 粉末(1～3um)的氧化行為：在大氣中，低于 600℃時(shí) AlON 是穩(wěn)定的。在 1200℃時(shí)只需幾個(gè)小時(shí)即可完全氧化，而在中間溫度的大氣和氧氣中，其成分一時(shí)間曲線呈“S”形，并認(rèn)為其氧化行為是從生核開(kāi)始的，有明顯的

8、孕育期。在充有氬氣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，將 AlON 致密試樣在 1 550℃的環(huán)境中 4h 的熱處理，試樣的質(zhì)量沒(méi)有發(fā)生變化，XRD 分析也證明其相組成沒(méi)有發(fā)生變化。在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，AlON 在氬氣保護(hù)下是穩(wěn)定的，不發(fā)生熱分解。3.2 AlON 陶瓷的熱穩(wěn)定性對(duì)于尖晶石型氮氧化鋁的熱穩(wěn)定性存在兩種不同的觀點(diǎn)，Dorner 認(rèn)為 AlON為不一致熔融化合物，熔點(diǎn)溫度為 2000℃，在 1600℃以下分解為 AlN 和A1203，而 Kaufm

9、an 認(rèn)為該氮氧化鋁為一致熔融化合物，熔點(diǎn)溫度 1940℃，并可以穩(wěn)定至室溫，且 Kaufman 的熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果與其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較相符。近來(lái)，Zych E 等人在中性氣氛和還原氣氛中系統(tǒng)地研究了尖晶型 A10N 相的熱穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)尖晶石型 AlON 相僅在 1640℃以上穩(wěn)定存在，低于此溫度時(shí)不穩(wěn)定，分解為 AlN 和 A1203。李亞偉、李楠等人也發(fā)現(xiàn)，通過(guò)反應(yīng)燒結(jié)氮化鋁和氧化鋁也很難在 1650℃以下合成 AlON，而在碳熱還原過(guò)程

10、中 AlON 相卻能在低于 1650℃下出現(xiàn)，但也有高于此溫度發(fā)現(xiàn) AlON 相的報(bào)道，引用 Kaufman 的熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，在任何溫度下，AlON 相的穩(wěn)定相區(qū)，相對(duì)于其它凝聚相相區(qū)均比較窄小，受其周?chē)鷼夥盏挠绊?，很容易轉(zhuǎn)變成相鄰的凝聚相，這可能是很多研究者在碳熱還原法合成氮化鋁過(guò)程中的，不同溫度區(qū)間發(fā)現(xiàn) AlON 相存在的主要原因。3.3 AlON 陶瓷的硬度采用維式金剛鉆在室溫下對(duì)試樣進(jìn)行硬度測(cè)量，5N 的試驗(yàn)負(fù)荷下，其硬