γ-AlON透明陶瓷的無壓-熱壓燒結(jié)制備研究.pdf

1、γ-AlON透明陶瓷是一種新型的結(jié)構(gòu)．功能一體化材料，在國防軍用工業(yè)和國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域均有巨大的需求和潛在的應(yīng)用價值。γ-AlON透明陶瓷作為一種光學性能優(yōu)異、高硬度、高彎曲強度、高斷裂韌性、高熔點、耐腐蝕和化學穩(wěn)定性優(yōu)良的功能材料，近年來成為國內(nèi)外學者的研究熱點，而采用合適的燒結(jié)技術(shù)是制備高性能γ-AlON透明陶瓷的關(guān)鍵。
　　 無壓燒結(jié)作為當前研究最為成熟的技術(shù)廣泛應(yīng)用于γ-AlON透明陶瓷的制備，由于燒結(jié)助劑的選擇多局限于

2、Y2O3和La2O3，且對堿土金屬離子摻雜的作用機理說法不一，本論文在場致快速合成方法制備γ-AlON高純粉體的基礎(chǔ)上，研究新型的燒結(jié)助劑Sc2O3、 Lu2O3和CaO對無壓燒結(jié)γ-AlON透明陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響，并簡單闡述幾種助劑離子的作用機理。研究結(jié)果表明Sc2O3、 Lu2O3和CaO的添加量分別為2.0wt％、0.8wt％和0.28wt％時，樣品（厚度為2mm）的相對密度分別達到最大值99.54％、99.70％和99.75％

3、，可見光區(qū)域的透過率分別為36％、41％和52％，硬度分別為14.62±0.05GPa、14.56±0.11GPa和14.57±0.04GPa，楊氏模量分別為332GPa、332GPa和333GPa。Sc3+和Lu3+的助燒機理類似，主要表現(xiàn)為溶質(zhì)拉扯和對晶界的釘扎作用。Ca2+的作用機理一方面是取代Al3+后形成O空位，而γ-AlON的擴散速率可能受O擴散系數(shù)控制，因此，γ-AlON的擴散速率隨著O空位濃度增大而增加。另一方面，Ca2

4、+取代Al3+屬于不等價取代使晶界上帶正電荷，由于局部靜電場的牽扯作用使晶界的移動減慢，從而促進了整個燒結(jié)過程。
　　 另外，熱壓燒結(jié)的燒結(jié)溫度比無壓燒結(jié)低，可得到接近完全致密化的材料。本論文探索熱壓燒結(jié)制備大尺寸、高性能的γ-AlON透明陶瓷。研究表明γ-AlON透明陶瓷的最佳溫度為1875℃，在氮氣中，經(jīng)過保溫90min的γ-AlON透明陶瓷（厚度為1mm）相對密度為99.61％，在可見和紅外光波長范圍的透過率均達到49％，