ALON（阿隆）透明陶瓷材料

,ALON（阿隆）透明陶瓷材料,目录,一、AlON透明陶瓷简介,二、AlON透明陶瓷的制备工艺,三、AlON透明陶瓷的性能,四、AlON透明陶瓷的应用与发展,一、AlON透明陶瓷简介,AlON通常是指尖晶石型氮氧化铝（-AION）是Al2O3一AIN体系中的一类重要的单相、稳定的固溶体陶瓷.高纯、致密的AION陶瓷具有透光性，不同于氧化铝六方结构的光学各项异性,AlON具有光学各向同性的立方结构，在0.2-6.0m光波波段最高理论透过率可达80%以上，所以AION透明陶瓷是耐高温红外窗口和头罩的优选材料.,1930C，16MPa下热压合成的AlON透明陶瓷照片,一、AlON透明陶瓷简介,ALON是一种多晶体，并且完全是透明的，其晶粒大小为80250微米。从外表看ALON板就像蓝宝石，ALON的化学公式为Al(64+x)/3O32-xNx，式中的X可以从2到5。,二、AlON透明陶瓷的制备工艺,01,02,03,04,粉体制备,成型工艺,烧结工艺,后处理工艺,粉体制备,透明陶瓷粉体制备要求:高纯,超细,粒径分布范围窄,颗粒大小均匀。制备AlON粉体的方法有：一是AlN和Al2O3直接反应合成的固相反应法;二是氧化铝还原氮化法，其还原剂通常有C、Al、NH3和H2;三是使金属Al粉和氮的氧化物通过燃烧反应生成AlON（自蔓延法）;四是利用气态AlCl3和其它气体通过气相反应获得。,二、AlON透明陶瓷的制备工艺,成型工艺,成型：陶瓷粉料借助外力和模型，克服粉末颗粒间的阻力，使其形成具有一定尺寸，形状和强度的工艺过程。成型工艺过程中要控制好压制的致密程度,对陶瓷材料的结构，组成均匀性和制品的性能有重要影响。AlON粉末可以通过干压、冷等静压，注射成型等压制方式来实现。,二、AlON透明陶瓷的制备工艺,烧结工艺,烧结：成型后的陶瓷坯体通过加热使粉体颗粒产生黏结，经过物质迁移在低于熔点以下是粉末成型体变成致密，坚硬烧结体的致密化过程。烧结过程最关键的是要控制晶粒大小和提高烧结体的致密度。烧结AlON透明陶瓷一般使用的方法有：无压烧结，热压烧结，热等静压烧结，真空烧结，气氛烧结，反应烧结，微波烧结，放电等离子体烧结等。,二、AlON透明陶瓷的制备工艺,后处理工艺,对烧结制得的样品进行抛光，打磨等加工工序可使样品透光率大大提高，得到光学性能优异，外形美观的透明陶瓷产品。,二、AlON透明陶瓷的制备工艺,Raytheon公司制备的AlON透明整流罩,AlON光学陶瓷通常采用两种方法制备：一种是两步法制备,即首先合成AlON粉体,然后进行成型和烧结；另一种是把Al2O3和AlN的粉末按一定比例均匀混合，在添加适量烧结助剂的情况下，通过一定的烧结方法同时实现Al2O3和AlN的固相合成及烧结致密化，并制备出AlON透明陶瓷。,二、AlON透明陶瓷的制备工艺,三、AlON透明陶瓷的性能,AlON的性质参数,三、AlON透明陶瓷的性能,三、AlON透明陶瓷的性能,强度是熔融石英的4倍，是蓝宝石的85%，可耐1200摄氏度的高温。厚度达1.6(2.54x1.6=4.064cm)英寸时，这种材料可以抵抗50口径(12.7mm)子弹的冲击，而这种子弹则可以轻易穿透两倍厚度的普通安全玻璃。,左边是AION1.6英寸厚的金属铝,三、AlON透明陶瓷的性能,影响因素,陶瓷是一种多晶材料，其性能不仅与材料的组成有关，而且与材料的显微结构有密切关系。微观结构：气孔，缺陷，晶界，第二相等制备工艺：粉体的制备会直接影响烧结，而烧结过程直接影响陶瓷的显微结构的晶粒尺寸和分布，气孔尺寸和分布，以及晶界体积分数等参数，进而对性能产生重要影响。因此制备工艺从粉体制备到最后抛光打磨处理对AlON透明陶瓷的性能有着不可忽视的影响，要想获得性能优异的AlON透明陶瓷必须在每一道工序上都要认真设计。,四、AlON透明陶瓷的应用与发展,AlON陶瓷具有优良的光学、力学和化学性能，因而成为颇具潜力的新型材料。另外它具有良好的耐高温性、热震稳定性和抗侵蚀性能，成为一种理想的高温结构陶瓷和耐火材料。同时AlON陶瓷具有优良的光学性能，因而是耐高温红外窗口和头罩材料的优选材料。在民需市场和国防工业上将有很广泛的应用。,四、AlON透明陶瓷的应用与发展,AlON材料相当昂贵，因此它通常只适于高性能应用，尤其是军事领域。主要用于装甲车辆防弹窗户、战场光学设备的透镜、望远镜穹顶以及覆盖于导弹传感器顶部的透明圆窗等。,四、AlON透明陶瓷的应用与发展,窗口和整流罩(紫外、可见、红外等)材料,响尾蛇导弹头部整流罩透红外陶瓷,头部有红外探测器外部的整流罩要有足够强度能透过红外线确保导弹能跟踪敌机辐射的红外线,四、AlON透明陶瓷的应用与发展,透明装甲材,军事装备上对于透明装甲材料有严格的要求：,质量小、厚度薄极佳的耐磨性抗划伤性，风沙、刮蹭等都不会影响它的透明度A10N的轻质量与高强度比产品的价格更为重要，而且由于它的更换率极低，从长期使用角度看，其成本并不高，且已经显示出不可替代的优点。,C一130”大力神”运输机,C17”全球霸王”运输机,A10”雷电”攻击机,四、AlON透明陶瓷的应用与发展,蓝宝石、氧化铝和石英的替代品,作为立方晶系陶瓷，AlON具有和蓝宝石相似的光学和物理特性，它比单晶蓝宝石更容易制备大尺寸，形状复杂的材料以减少后处理加工等的损耗，而且用传统的陶瓷制备技术就可以制得透明陶瓷部件，大大降低了成本。,四、AlON透明陶瓷的应用与发展,其他,由于其耐磨性，可用作超市及零售店的POS机扫描窗口用材料；由于其抗化学腐蚀性，可用作半导体工艺设备用陶瓷材料，以及导弹电磁导航系统、热喷涂层材料和大口径大炮的点火装置等。,四、AlON透明陶瓷的应用与发展,几十年来，化学工程师梦寐以求一种结合了金属的强度和耐久性的与玻璃般透亮的材料。这样一种“透明金属”可以在内部支撑更少时来建造高耸的玻璃幕墙摩天大楼。军事建筑可以安装这种薄而透明的金属窗户经受起最高级的炮火的攻击。想象一下用这种材料建造出的巨大的水族馆会是一幅怎样的景象!,透明铝材可以需要更小的内部支撑来建造高耸的玻璃幕墙摩天大楼。,四、AlON透明陶瓷的应用与发展,国外,国内,1,2,3,4,A10N陶瓷材料制备温度较高，寻求低温合成高纯、超细A10N粉的方法是A10N广泛应用中