【摘 要】
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尖晶石型氮氧化铝(γ-AlON)是Al2O3和Al N的固溶体,兼具高透光性和高硬度等特点,可用作高速交通运输装备的迎风面透明防护窗口,也可用作防弹汽车及坦克等高端和特种交通运输装备的透明装甲及探测窗口,在军民领域都具有广阔的应用前景。本文以AlON粉体为原料,添加La2O3、La2O3/Y2O3作为烧结助剂,通过球磨调控粉体粒度,采用无压烧结方法研究烧结助剂组成及掺量对致密化烧结升温阶段(140
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尖晶石型氮氧化铝(γ-AlON)是Al2O3和Al N的固溶体,兼具高透光性和高硬度等特点,可用作高速交通运输装备的迎风面透明防护窗口,也可用作防弹汽车及坦克等高端和特种交通运输装备的透明装甲及探测窗口,在军民领域都具有广阔的应用前景。本文以AlON粉体为原料,添加La2O3、La2O3/Y2O3作为烧结助剂,通过球磨调控粉体粒度,采用无压烧结方法研究烧结助剂组成及掺量对致密化烧结升温阶段(1400-1900℃)陶瓷的物相组成、微观结构及1880℃保温2.5 h所制备陶瓷性能的影响。主要研究内容及结果如下:(1)La2O3掺量对不同粒度AlON粉体致密化烧结过程及陶瓷性能的影响:升温阶段,以其无助剂样品为参考,La2O3均存在使样品中AlON分解产生的α-Al2O3含量减少的作用,1600℃时,粉体中位粒度(D50)为0.5、1.1和2.0μm的样品中α-Al2O3含量减少情况分别为,77.6 wt.%→70.3 wt.%,25.1 wt.%→20.5 wt.%和8.9 wt.%→5.0 wt.%,表明La2O3对AlON分解具有一定抑制作用。但是,0.02-0.03 wt.%La2O3添加至D50=0.5μm的AlON粉体中时,样品中的α-Al2O3含量却增加,表明粒度较小AlON粉体的分解情况与La2O3掺量密切相关。另外,粉体D50=1.1和2.0μm样品升温过程中较少含量的α-Al2O3未造成颗粒粗化,且La2O3能够为烧结后期气孔排出提供驱动力,使制备的陶瓷透过率分别达80%(0.15-0.25 wt.%La2O3)和84%(0.40 wt.%La2O3)。而D50=0.5μm的AlON粉体,添加La2O3的样品中仍然存在颗粒早期(≤1600℃)粗化现象,导致后期致密化烧结效果不佳,陶瓷透过率不高(76%)。(2)针对D50=0.5μm的AlON粉体,在分别添加0.03、0.05和0.30 wt.%La2O3的基础上,调节Y2O3掺量,研究La2O3/Y2O3复合烧结助剂对陶瓷致密化过程及性能的影响。结果表明较低的La2O3掺量更易通过与Y2O3复合使用制得高透光性的AlON陶瓷:当0.03 wt.%La2O3与0.01-0.04 wt.%Y2O3复合时,Y2O3使样品中的α-Al2O3含量显著减少,表明此时La3+与Y3+配合使用起到了有效抑制AlON分解的作用。微观结构观察发现Y2O3的加入虽然使样品中局部出现粗化,但粗化的颗粒之间存在大量可移动的小颗粒,其为后期快速致密化烧结提供了有利条件,从而使所制备的陶瓷具有较高的透过率。0.03wt%La2O3与0.04 wt.%Y2O3复合所制备的陶瓷在可见到中红外波段均具有较高的透光性(T=76%@400 nm,T=82%@3600 nm),HV=18.89±0.18 GPa。在La2O3和Y2O3共同作用下样品的高致密度、大小均匀的晶粒及孪晶的存在应是使其同时具有高透光性和高硬度的主要原因。
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