Mg2+/Li+固溶γ-AlON透明陶瓷的探索研究

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近些年来,人们在研究γ-AlON基础上发现Mg2+、Li+等金属离子可以固溶于γ-AlON,形成MgAlON和LiAION等固溶体。MgAlON和LiAION透明陶瓷具有与γ-AION相同的晶体结构和优异的光学性能。现有一些研究表明MgAlON和LiAlON透明陶瓷在保持γ-AlON透明陶瓷优异性能的基础上呈现出一些较好的性能如好的低温热稳定性和机械性能等,使其具有更广阔的应用前景。本论文首先依据γ-AlON晶体空位浓度与Mg2+/Li+和N3-含量的关系和三元相图MgO-AlN-Al2O3进行组成设计。采用溶胶凝胶法结合低温自燃烧法制备了均匀细小的LiAl5O8纳米粉体。采用场致快速合成MgAlON与LiAlON粉体,优化出最佳合成工艺、Mg源/Li源等。在最佳合成工艺的基础上研究了不同组成MgAlON和LiAlON粉体的场致快速合成,优化出三个最佳组成,合成了纯度高、粒径细小均匀的MgAlON和LiAlON粉体。以优化出的MgAlON和LiAlON透明陶瓷粉体为原料,研究不同组成和烧结温度下MgAlON和LiAlON透明陶瓷的无压烧结制备。研究结果表明最佳组成为7#,MgAlON最佳烧结温度为1900℃,LiAlON合适烧结温度为1925℃。在优化的组成和烧结条件下,7# MgAlON样品具有品粒大小且分布均匀、气孔较少的显微结构和较好的光学透过性能,0.25-6μm波段范围内光学透过率最高达到62%(厚度为2mm),相对密度99.99%,硬度14.3±0.3 Gpa,弹性模量320.32 MPa,1 MHz下介电常数9.85 MHz。
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