【摘 要】
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尖晶石型氮氧化铝是一种各向同性的多晶陶瓷材料,有着与蓝宝石单晶相媲美的优秀光学性能和机械性能,可以应用于透明装甲、红外窗口材料及整流罩。本文以γ-Al2O3和四种不同比表面积的碳粉为原料,采用两步碳热还原氮化法合成出纯度较高的AlON粉末,以0.03wt.%的Y2O3为烧结助剂,采用传统的无压烧结制备AlON透明陶瓷。碳热还原氮化法合成AlON粉末,Al2O3/C的比例极其难以控制且难以混合均匀。
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尖晶石型氮氧化铝是一种各向同性的多晶陶瓷材料,有着与蓝宝石单晶相媲美的优秀光学性能和机械性能,可以应用于透明装甲、红外窗口材料及整流罩。本文以γ-Al2O3和四种不同比表面积的碳粉为原料,采用两步碳热还原氮化法合成出纯度较高的AlON粉末,以0.03wt.%的Y2O3为烧结助剂,采用传统的无压烧结制备AlON透明陶瓷。碳热还原氮化法合成AlON粉末,Al2O3/C的比例极其难以控制且难以混合均匀。针对上述问题,本论文通过筛选碳粉合成出不同比表面积的碳粉原料的AlON粉体,阐明不同比表面积的碳粉对于碳热还原氮化法合成AlON粉体的作用,确定了本课题所需要的碳粉原料。并在此基础之上,合成出不同碳参量的AlON粉体,阐明碳粉含量对碳热还原氮化法合成AlON粉体的影响,确定了最佳的碳参量。并将这些AlON粉体合成成AlON陶瓷。具体结果如下VXC72型号的碳粉所合成的AlON粉体具有较好的纯度和粒径分布均匀且细小。碳热还原氮化法中AlON相的产生和长大发生在碳粉包裹的Al2O3颗粒表面,从而造成AlON显微形貌与Al2O3的显微形貌有较大的相关性。AlON晶格常数并不随着碳粉特性的改变而改变。确定了在氮气的气氛下,以5℃/min的升温速率到1550℃保温1h,然后再升温至1750℃下保温5h的AlON粉末合成技术。AlON晶格常数随着碳参量的增加也随着增加。在碳热还原氮化法中碳参量越大,AlON粉体中的Al N相的量越多,Al N相的键长大于Al2O3相的键长,造成AlON粉体的晶格常数也增大。5.6wt.%的碳参量可以合成出粒径分布均匀且纯度较高的AlON粉末。不同的碳参量对于对应合成的AlON粉体的粒径分布没有影响。碳参量越高的AlON粉体合成的AlON陶瓷的断面裂纹越多,陶瓷晶粒越小。主要是因为碳参量越多的AlON粉体中Al N的含量越高,同时Al N的化学键的强度较大,从而限制AlON陶瓷晶粒的生长。确定了在氮气的气氛下5℃/min将温度升高至1750℃保温2小时,再以5℃/min提高温度至1930℃保温5小时的AlON陶瓷制备技术。
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