稀土氧化物对γ-AlON透明陶瓷烧结、结构及性能的影响

摘要

γ-AION透明陶瓷是一种新型的结构、功能一体化材料,具有和单晶蓝宝石相近的光学和机械性能,由于其制备工艺简单、成本更低,近年来成为了人们研究的重点。光学性能优异的γ-AION透明陶瓷可以应用于窗体材料、整流罩、激光、装甲、红外探测等诸多领域,具有较大的应用前景。
　　 本文首先利用场致快速合成工艺并结合物相分析、晶格常数测定等方法,确定了γ-AION在不同温度下的单相合成区域,为以后选取合适的粉体合成温度及不同的成分组成提供了依据;结果表明单相γ-AION的最低合成温度为1640℃,γ-AION的单相形成区随温度的升高向两边扩展,合适的粉体合成温度为1700℃。γ-AION的晶格常数随其氮含量的增加而线性增大。
　　 以1700℃下制备的单相γ-AION粉体为原料,研究了烧结温度、烧结助剂、含量及成分组成对γ-AION透明陶瓷的烧结、结构与性能的影响。结果表明γ-AION透明陶瓷无压烧结的合适温度为1925℃,Y2O3/La2O3为烧结助剂在γ-AION透明陶瓷中的合适添加量分别为0.1wt％和0.045wt%;优化的成分组成为27mol%AIN。在优化的条件下,添加Y2O3/La2O3的γ-AION透明陶瓷在保温24h后显微结构均匀、气孔较少,相对密度分别为99.84%和99.82%,在可见光区的透过率为分别为67%和68%(厚度为2mm),硬度分别为14.34±0.21和15.03±0.11Gpa,杨氏模量模量分别为328和324GPa。