氮氧比和烧结气氛对无压烧结AlON透明陶瓷透光性的影响

摘要

尖晶石型氮氧化铝(γ-AlON)是一种各向同性的多晶陶瓷材料，它是AlN-Al2O3二元体系相图中的一个重要的单相，具有良好的光学性能和力学性能，可作为高速运行载运工具挡风玻璃以及耐高温窗口材料，应用前景广阔。
　　本研究首先以氧化铝和活性炭粉体为原料，采用碳热还原氮化法合成AlON粉体，通过调整碳掺量合成具有不同N/O的AlON粉体，然后分别在无碳气氛和含碳气氛两种环境条件下，采用无压烧结方法制备AlON透明陶瓷，研究N/O、烧结气氛以及烧结工艺对AlON透明陶光学性能的影响规律。结果表明：当碳掺量为5.0 wt％、5.6 wt％、7.4 wt％时，碳热还原氮化合成的粉体物相组成为纯相AlON，且其N/O随碳掺量增加而增大，但是，当碳掺量降至4.4 wt％时，粉体中除主相AlON外还有Al2O3残留，而当碳掺量提高到8.6 wt％时，粉体中除主相AlON外却出现了少量AlN。在无碳气氛中，AlON透明陶瓷的快速致密化温度范围为1800-1900℃。在1880℃进行无压烧结时，较快的升温速率有助于提高AlON透明陶瓷的相对密度和透光性;延长保温时间可促进晶粒生长并获得纯相AlON透明陶瓷，但是陶瓷的相对密度和透光性却随保温时间延长而降低;当Y2O3掺量为0.1-0.5wt％时，陶瓷的相对密度和透光性随Y2O3掺量增加而增大;碳掺量为7.4 wt％时，制备的AlON透明陶瓷相对密度最高、透过率也最大。在含碳气氛中，在保温时为150 min条件下，制备高透光性AlON透明陶瓷的较佳温度为1850℃，碳掺量为5.6 wt％时制备的陶瓷透过率最高，为80.2％;在1880℃进行了的保温时间研究结果表明，AlON透明陶的透光性随保温时间延长而增大，当保温时间为480 min时，其透过率为83.1％。碳掺量较高的具有较大N/O的AlON粉体在无碳和含碳环境中进行较短保温时间无压烧结时，其陶瓷的晶粒尺寸均随N/O增加而减小，表明较高的N含量对晶粒生长具有抑制作用。与无碳气氛相比，含碳气氛更有利于制备具有高透光性的AlON透明陶瓷，在碳掺量为5.0-5.6 wt％时(AlON粉体的N/O为0.089-0.101)，陶瓷的透过率均较高。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 AlON透明陶瓷简介

1．2．1 AlON透明陶瓷的发展

1．2．2 AlON透明陶瓷的组成及结构

1．2．3 AlON透明陶瓷的性能研究

1．2．4 影响AlON透明陶瓷透光性因素

1．2．5 AlON的应用

1．3 AlON透明陶瓷的制备

1．3．1 AlON粉体制备

1．3．2 烧结方法

1．4 研究内容

第2章 实验方法

2．1 实验方法与工艺流程

2．1．1 实验方法

2．1．2 工艺流程

2．2 性能表征

第3章 碳热还原氮化法合成AlON粉体

3．1 物相组成

3．2 微观形貌

3．3 比表面积

3．4 氮氧(N／O)

3．5 本章小结

第4章 无碳气氛中氮氧比对AlON透明陶瓷透光性的影响

4．1 烧结工艺研究

4．1．1 烧结温度

4．1．2 升温速率

4．1．3 保温时间

4．1．4 烧结助剂

4．2 氮氧比对AlON透明陶瓷透光性的影响

4．3 本章小结

第5章 含碳气氛中氮氧比对AlON透明陶瓷透光性的影响

5．1 不同烧结温度下氮氧比对AlON透明陶瓷透光性的影响

5．1．1 烧结温度1820℃

5．1．2 烧结温度1850℃

5．1．3 烧结温度1880℃

5．2 不同保温时间下氮氧比对AlON透明陶瓷透光性的影响

5．2．1 保温时间300 min

5．2．2 保温时间480 min

5．3 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢