AlON的制备与性能

AlON透明陶瓷的制备与性能

AlON透明陶瓷简介

AlON透明陶瓷的制备工艺

AlON透明陶瓷的性能

AlON透明陶瓷的应用与发展AlON透明陶瓷简介

AlON通常是指尖晶石型氮氧化铝（γ-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0.2-6.0

m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.1930

C，16MPa下热压合成的AlON透明陶瓷照片

AlON的制备工艺

粉体制备成型工艺烧结技术后处理工艺

ALON透明陶瓷制备工艺包括粉体制备、成型工艺、烧结工艺、以及后处理工艺等。一、粉体制备方法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。制备氮氧化铝材料的反应方程式反应方程式反应温度/

C目前研究制备AlON透明陶瓷粉体最常使用的方法一种是通过AlN和Al2O3

粉体的固相反应法。二是碳热还原氮化法,即把碳粉和Al2O3粉按一定的比例混合,在流动N2气氛里加热到一定的温度,就可以得到所需要的产物。前者所要求得AlN粉末价贵，一般用于实验研究。后者优势在于成本低，生成的AlON纯度高、粒度小，而困难在于控制合适Al2O3/C比例，过量的C会使生成的AlON还原为Al2O3

和AlN，C含量不足则得不到高纯度的AlON。二、成型工艺制备出高纯超细的粉末后，要对粉体进行压实，使形成一定形状便于烧结，也就是进行成型操作。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。成型方法：冷压成型法，干压成型，注射成型，等静压成型，流延成型，注浆成型等。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。三、烧结方法烧结：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。影响烧结的因素：粉料的粒度，烧结温度、保温时间和升温速率，气氛制度，压力制度，烧结助剂。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。名称原理优点缺点无压烧结法（常压烧结）陶瓷坯体在常温高压下的烧结过程工艺简单，价廉，规模生产，易制复杂形状制品性能一般，较难完全致密热压烧结法对耐温耐压模具中的粉体或坯体在烧结的同时施加轴向压力的烧结方法减少致密化时间，降低致密化温度，制品密度高晶粒细性能好生产效率低，制品形状简单，设备造价高，磨具消耗大，价贵反应烧结法坯体在一定温度下，通过固相间与气相液相发生反应，在合成组分同时进行烧结的方法制品形状尺寸不变化，加工少，成本低，可制取形状复杂的制品致密度较差，反应有残留物，性能一般微波烧结利用坯体吸收微波能，在材料内部由介质损耗发热，整体加热至烧结温度而实现致密化的快速烧结技术加热和烧结速率快，烧结温度低，改变陶瓷显微结构和提高了性能，高效节能晶粒生长不易控制，低损耗材料烧结较困难，理论和技术不太成熟放电等离子体烧结（SPS）利用脉冲电流产生的脉冲能，放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场实现致密化的快速烧结方法烧结速率快，改进陶瓷显微结构和提高了性能价贵，难制复杂形状的产品，内在机理不成熟························目前研究AlON透明陶瓷使用最多的烧结方法是热压烧结法，无压烧结，而微波烧结和放电等离子体烧结是烧结的新技术，但设备成本太高，理论和技术还不太成熟。

SPS烧结设备示意图四、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。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。AlON透明陶瓷性能AlON的性质参数AlON透明陶瓷性能的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。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。上世纪80年代，美国Raytheon公司在军方资助下对新一代透明陶瓷氮氧化铝(Al23O15N5，AlON)进行了深入研究。2002年，Raytheon公司将制备AlON透明陶瓷的全套技术转让给Surmet公司，开始了AlON透明陶瓷的商业化生产，并进一步提高了AlON透明陶瓷的质量。Raytheon公司制备的AlON透明整流罩Surmet公司制备的AlON透明平板而国