CN109650896B - LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于陶瓷材料合成与制备技术领域，具体涉及一种LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法。其以纳米C粉、纳米γ‑Al2O3粉和自制LiAl5O8粉为原料，经一定比例混合球磨、干燥处理后，置于α‑Al2O3或BN坩埚中，再一起放置至高温烧结炉中，通入流动氮气，以5℃～10℃/min的速率升温至1550℃～1700℃并保温1h～4h进行碳热还原氮化反应，自然冷却后，得到LiAlON透明陶瓷粉体。本发明方法原料成本低，且获得的LiAlON粉体颗粒度细(平均粒径不高于800nm)、纯度高(高于99.5wt％)，适合用来制作透明陶瓷。

Description

LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法
技术领域
本发明属于陶瓷材料合成与制备技术领域，具体涉及一种 LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法，特别是指一种可以用来制作 LiAlON透明陶瓷的LiAlON粉体的碳热还原氮化合成方法。
背景技术
AlON是20世纪50年代由日本的Yamaguchi等人发现的，它是一种通过N元素稳定的立方尖晶石结构材料。1979年，美国的 McCauley等人采用AlN、α-Al2O3为原料，通过反应烧结法制备出第一块光学透明的AlON陶瓷。Surmet公司研究表明，它具有各向同性的光学性能，且力学、介电性能与蓝宝石接近，因而在红外窗口、光学头罩、透明装甲等方面，具有广阔的应用前景。然而，AlON在1640 ±10℃以下处于热力学不稳定状态，因而合成温度较高，通常在1700 ℃～1800℃以上。研究发现，在AlON相形成过程，掺杂Mg2+或Li+ 可在相对较低的温度下形成新的单相MgAlON或LiAlON，具有与 AlON类似的光学、力学性能。关于这方面的报道主要有以下参考文献，比如：H.X.Willems等人(J.Eur.Ceram.Soc.,10(1992),327–337)、 X.Liu等人(J.Am.Ceram.Soc.,97(2014),63–66)、D.Clay等人(J.Eur.Ceram.Soc.,26(2006),1351–1362)。其中，D.Clay等人采用LiAl5O8 与AlN、α-Al2O3原料体系反应烧结方法，制备的LiAlON透明陶瓷，具有与AlON接近的力学性能。最近，RongshiZhang等人(J.Eur. Ceram.Soc.,2018年)首次制备出高透明LiAlON透明陶瓷，其光学透过性能(直线透过率)与MgAlON、AlON接近，力学强度、硬度性能要优于MgAlON，因而具有潜在的应用价值。
当前，关于LiAlON透明陶瓷的制备上，采用的方法主要有：(1) 反应烧结法，即将含Li化合物与AlN，α-Al2O3混合，通过反应烧结 (后续可热等静压进一步处理)实现透明陶瓷制备。(2)两步法，即先合成出LiAlON粉体，再进行烧结的方法。比如，R.A.Cutler等人(Ceramic Engineering and Science Proceedings,2007年)研究发现，选取多种含Li的化合物(如Li2O、LiAlO2、LiAl5O8、LiAl11O17)，均可在较低温度下(1550℃～1650℃)实现LiAlON的合成或完全转化，而不添加含Li化合物的AlN、α-Al2O3体系，则通常需要1750℃或以上的温度才能获得纯相AlON。2011年，武汉理工大学王皓等人 (CN Pat.201110125526.9和CNPat.201110194521.1)将含Li的化合物、AlN和α-Al2O3原料体系混合，置于石墨容器中，通过放电等离子体装置提供的大电流快速加热，1400℃～1800℃可实现LiAlON 粉体的合成，并用该粉体制备出了LiAlON透明陶瓷。
总体来说，两种方法各有优缺点。反应烧结法需严格控制最终产物中残余第二相和气孔率，工艺步骤简单，但技术难度较大；两步法前提是合成高纯度、颗粒度细的LiAlON粉体，在后续烧结过程需要尽可能减少气孔，工艺步骤稍显复杂，但技术难度相对低一些。碳热还原氮化法(即C-N2-Al2O3或MgO-C-N2-Al2O3原料体系)与固相合成法(即AlN-Al2O3或MgO-AlN-Al2O3原料体系)在AlON、MgAlON 透明陶瓷粉体合成方面具有广泛的报道。其中，碳热还原氮化法因选用低成本的C和N2替代AlN，具有成本低的优势，较适合低成本批量化生产(如WO 02/06156)，是当前研究的热点。目前来看，LiAlON 粉体的合成仅有固相合成法进行了报道。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提出一种原料成本低且可获取高纯度、细颗粒度LiAlON粉体的方法，并且合成的粉体适合用来制作LiAlON透明陶瓷。
(二)技术方案
为解决现有技术问题，本发明提供一种LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：自制LiAl5O8粉；
步骤二：取纳米C粉、纳米γ-Al2O3粉和步骤一所得的自制 LiAl5O8粉为原料，混合球磨、干燥处理，得粉体A；
步骤三：取粉体A，置于α-Al2O3或BN坩埚中，再一起放置至高温烧结炉中，通入流动氮气，以5℃～10℃/min的速率升温至1550 ℃～1700℃并保温1h～4h进行碳热还原氮化反应，自然冷却后，得到LiAlON透明陶瓷粉体。
其中，步骤一所述的自制LiAl5O8粉的合成方法是这样的：以纳米γ-Al2O3粉与Li2CO3粉为原料，按照一定质量比的比例混合球磨、干燥处理后，置于α-Al2O3坩埚中，再一起放置至马弗炉中，空气气氛下升温至800℃～1300℃进行煅烧1h～5h，自然冷却后，得LiAl5O8粉。
其中，所述质量比为87.33:12.67。
其中，步骤二所述的纳米C粉含量为3.0wt％～6.0wt％、纳米γ-Al2O3粉含量为65.0wt％～80.0wt％、自制LiAl5O8粉含量为15.0 wt％～30.0wt％；所述的纳米C粉为纯度不低于97wt％、平均粒径不高于30nm的市售C粉。
其中，所述纳米γ-Al2O3粉为纯度不低于99.5wt％、平均粒径不高于100nm的市售γ-Al2O3粉。
其中，所述Li2CO3粉为纯度不低于99wt％、平均粒度不高于200 nm市售Li2CO3粉。
其中，所述的混合球磨、干燥处理方法是这样的：以市售无水乙醇(纯度不低于99.5wt％)为分散介质，以市售高纯氧化铝球(纯度不低于99wt％)为球磨介质，球与粉的质量比为5:1～10:1，球磨转速为80r～200r/min，球磨时间为16h～24h；然后，经50℃～80℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛。
其中，所述步骤三中，α-Al2O3或BN坩埚均为市售产品，纯度不低于97wt％。
其中，所述的流动氮气是指恒定速率的高纯氮气流。
其中，氮气纯度不低于99.99vol％，流动速率为0.5L～2L/min。
(三)有益效果
本发明提出了一种获取LiAlON粉体的新方法。先前报道的 LiAlON粉体合成方法均为固相法(以AlN和Al2O3为原料)，而碳热还原氮化法获取LiAlON粉体未见报道。先前报道的LiAlON粉体合成方法，主要是武汉理工大学王皓等人的专利(CN Pat. 201110125526.9和CN Pat.201110194521.1)方法。相比之下，主要优势或有益效果在于：
1)原料成本低。由于纳米AlN粉造价昂贵，且工艺还不成熟。因此与采用AlN为原料的固相方法相比，采用C、N2、Al2O3为原料的碳热还原氮化法，具有原料成本更为低廉的优势；
2)粉体烧结效果优异，可用来制作透明陶瓷。该方法合成的 LiAlON粉体，经烧结验证，制品的直线透过率要高于此前方法(CN Pat.201110125526.9和CNPat.201110194521.1)。进而反映出本发明方法的技术进步点。
综上，本发明所提出的碳热还原法方法，原料成本低，且合成的粉体颗粒度细(平均粒径不高于800nm)、纯度高(高于99.5wt％)，可以用来制作LiAlON透明陶瓷。同时，也为LiAlON透明陶瓷制备提供了新方法和技术手段，具有一定学术意义与实用价值。
附图说明
图1为案例1合成的LiAlON粉体XRD图谱。测试仪器为X射线衍射仪(XRD，D/max-2600型，Rigaku，日本)。
图2为粉体烧结后制得的LiAlON透明陶瓷直线透过率。所采用的测量仪器是紫外-可见分光光度计(UV-2550型，Shimadzu，日本)。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术问题，本发明提供一种LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：自制LiAl5O8粉；
步骤二：取纳米C粉、纳米γ-Al2O3粉和步骤一所得的自制 LiAl5O8粉为原料，混合球磨、干燥处理，得粉体A；
步骤三：取粉体A，置于α-Al2O3或BN坩埚中，再一起放置至高温烧结炉中，通入流动氮气，以5℃～10℃/min的速率升温至1550 ℃～1700℃并保温1h～4h进行碳热还原氮化反应，自然冷却后，得到LiAlON透明陶瓷粉体。
其中，步骤一所述的自制LiAl5O8粉的合成方法是这样的：以纳米γ-Al2O3粉与Li2CO3粉为原料，按照一定质量比的比例混合球磨、干燥处理后，置于α-Al2O3坩埚中，再一起放置至马弗炉中，空气气氛下升温至800℃～1300℃进行煅烧1h～5h，自然冷却后，得LiAl5O8粉。
其中，所述质量比为87.33:12.67。
其中，步骤二所述的纳米C粉含量为3.0wt％～6.0wt％、纳米γ-Al2O3粉含量为65.0wt％～80.0wt％、自制LiAl5O8粉含量为15.0 wt％～30.0wt％；所述的纳米C粉为纯度不低于97wt％、平均粒径不高于30nm的市售C粉。
其中，所述纳米γ-Al2O3粉为纯度不低于99.5wt％、平均粒径不高于100nm的市售γ-Al2O3粉。
其中，所述Li2CO3粉为纯度不低于99wt％、平均粒度不高于200 nm市售Li2CO3粉。
其中，所述的混合球磨、干燥处理方法是这样的：以市售无水乙醇(纯度不低于99.5wt％)为分散介质，以市售高纯氧化铝球(纯度不低于99wt％)为球磨介质，球与粉的质量比为5:1～10:1，球磨转速为80r～200r/min，球磨时间为16h～24h；然后，经50℃～80℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛。
其中，所述步骤三中，α-Al2O3或BN坩埚均为市售产品，纯度不低于97wt％。
其中，所述的流动氮气是指恒定速率的高纯氮气流。
其中，氮气纯度不低于99.99vol％，流动速率为0.5L～2L/min。
更具体地，本发明提供的方法包括：
1)LiAl5O8粉体制备。以Li2CO3粉、纳米γ-Al2O3粉为原料，按照质量比为87.33:12.67的比例混合球磨、干燥处理后，置于α-Al2O3坩埚中，再一起放置至马弗炉中，空气气氛下升温至800℃～1300℃进行煅烧1h～5h，自然冷却后，得LiAl5O8粉。
进一步地，所述的Li2CO3粉为纯度不低于99wt％、平均粒度不高于200nm的市售Li2CO3粉；所述的纳米γ-Al2O3粉为纯度不低于 99.5wt％、平均粒度不高于100nm的市售γ-Al2O3粉，比如：法国Baikowski公司产品CR125；
进一步地，所述的混合球磨、干燥处理方法是这样的：以市售无水乙醇(纯度不低于99.5wt％)为分散介质，以市售高纯氧化铝球(纯度不低于99wt％)为球磨介质，球与粉的质量比为5:1～10:1，球磨转速为80r～200r/min，球磨时间为16h～24h。然后，经50℃～80℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛。
2)原料混合球磨。以市售无水乙醇(纯度不低于99.5wt％)为分散介质，以市售高纯氧化铝球(纯度不低于99wt％)为球磨介质，球与粉的质量比为5:1～10:1。加入原料粉体(纳米C粉、纳米γ-Al2O3粉和自制LiAl5O8粉)后，设置球磨转速为80r～200r/min，球磨时间为16h～24h，得浆料。
进一步地，所述的纳米C粉含量为3.5wt％～6.5wt％、纳米γ-Al2O3粉含量为60.0wt％～80.0wt％、自制LiAl5O8粉含量为10.0 wt％～20.0wt％；
进一步地，所述的纳米C粉为纯度不低于97wt％、平均粒径不高于30nm的市售C粉，比如：美国卡博特公司产品M700、M880；
进一步地，所述的纳米γ-Al2O3粉为纯度不低于99.5wt％、平均粒度不高于100nm的市售γ-Al2O3粉，比如：法国Baikowski公司产品CR125、日本Taimei Chemical公司产品TM-300。
3)干燥与过筛。将步骤2)所得浆料经50℃～80℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛，得混合粉体。
4)煅烧合成。将步骤3)所得混合粉体置于α-Al2O3或BN坩埚中，再一起放置至石墨加热炉中，通入流动氮气，以5℃～10℃/min 的速率升温至1550℃～1700℃并保温1h～4h进行碳热还原反应，自然冷却后，得到LiAlON透明陶瓷粉体。
进一步地，所述的α-Al2O3或BN坩埚均为市售产品，纯度不低于97wt％；
进一步地，所述的流动氮气是指恒定速率的高纯氮气流。其中，氮气纯度不低于99.99vol％，流动速率为0.5L～2L/min。
下面结合具体实施例来详细描述本发明。
1、LiAlON粉体合成案例
1)例1
a)LiAl5O8粉制备。以Li2CO3粉(纯度99.5wt％，平均粒度200 nm)、纳米γ-Al2O3粉(纯度99.9wt％，平均粒度20nm)为原料，按照质量比为87.33:12.67的比例混合球磨、干燥处理后，置于α- Al2O3坩埚中，再一起放置至马弗炉中，空气气氛下升温至800℃进行煅烧3h，自然冷却后，得LiAl5O8粉，备用。
进一步地，所述的混合球磨、干燥处理方法是这样的：以市售无水乙醇为分散介质，以市售高纯氧化铝球为球磨介质，球与粉的质量比为5:1，球磨转速为200r/min，球磨时间为16h。然后，经50℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛。
b)原料混合球磨。以市售无水乙醇为分散介质，以市售高纯氧化铝球为球磨介质，球与粉的质量比为5:1。加入原料粉体(纳米C 粉、纳米γ-Al2O3粉和自制LiAl5O8粉)后，设置球磨转速为200r/min，球磨时间为16h，得浆料，备用。
进一步地，所述的纳米C粉含量为3.0wt％、纳米γ-Al2O3粉含量为67.0wt％、自制LiAl5O8粉含量为30.0wt％；
进一步地，所述的纳米C粉纯度97.5％、平均粒径30nm；所述的纳米γ-Al2O3粉为纯度99.9wt％、平均粒度20nm。
c)干燥与过筛。将步骤b)所得浆料经80℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛，得混合粉体，备用。
d)煅烧合成。将步骤c)所得混合粉体置于α-Al2O3坩埚中，再一起放置至石墨加热炉中，通入流动氮气，以10℃/min的速率升温至1550℃并保温4h进行碳热还原氮化反应，自然冷却后，得到 LiAlON透明陶瓷粉体。
进一步地，所述的α-Al2O3坩埚纯度为98wt％；所述的流动氮气纯度为99.995vol％，流动速率为2L/min。
2)例2
a)LiAl5O8粉制备。以Li2CO3粉(纯度99.5wt％，平均粒度50nm)、纳米γ-Al2O3粉(纯度99.9wt％，平均粒度100nm)为原料，按照质量比为87.33:12.67的比例混合球磨、干燥处理后，置于α-Al2O3坩埚中，再一起放置至马弗炉中，空气气氛下升温至800℃进行煅烧5 h，自然冷却后，得LiAl5O8粉，备用。
进一步地，所述的混合球磨、干燥处理方法是这样的：以市售无水乙醇为分散介质，以市售高纯氧化铝球为球磨介质，球与粉的质量比为10:1，球磨转速为80r/min，球磨时间为24h。然后，经50℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛。
b)原料混合球磨。以市售无水乙醇为分散介质，以市售高纯氧化铝球为球磨介质，球与粉的质量比为10:1。加入原料粉体(纳米C 粉、纳米γ-Al2O3粉和自制LiAl5O8粉)后，设置球磨转速为80r/min，球磨时间为24h，得浆料，备用。
进一步地，所述的纳米C粉含量为3.0wt％、纳米γ-Al2O3粉含量为80.0wt％、自制LiAl5O8粉含量为17.0wt％；
进一步地，所述的纳米C粉纯度98.5wt％、平均粒径13nm；所述的纳米γ-Al2O3粉为纯度99.9wt％、平均粒度100nm。
c)干燥与过筛。将步骤b)所得浆料经80℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛，得混合粉体，备用。
d)煅烧合成。将步骤c)所得混合粉体置于BN坩埚中，再一起放置至石墨加热炉中，通入流动氮气，以6℃/min的速率升温至1600 ℃并保温3h进行碳热还原氮化反应，自然冷却后，得到LiAlON透明陶瓷粉体。
进一步地，所述的BN坩埚纯度为98wt％；所述的流动氮气纯度为99.999vol％，流动速率为0.5L/min。
3)例3
a)LiAl5O8粉制备。以Li2CO3粉(纯度99.9wt％，平均粒度200 nm)、纳米γ-Al2O3粉(纯度99.95wt％，平均粒度50nm)为原料，按照质量比为87.33:12.67的比例混合球磨、干燥处理后，置于α- Al2O3坩埚中，再一起放置至马弗炉中，空气气氛下升温至1100℃进行煅烧2h，自然冷却后，得LiAl5O8粉，备用。
进一步地，所述的混合球磨、干燥处理方法是这样的：以市售无水乙醇为分散介质，以市售高纯氧化铝球为球磨介质，球与粉的质量比为7:1，球磨转速为150r/min，球磨时间为16h。然后，经65℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛。
b)原料混合球磨。以市售无水乙醇为分散介质，以市售高纯氧化铝球为球磨介质，球与粉的质量比为7:1。加入原料粉体(纳米C 粉、纳米γ-Al2O3粉和自制LiAl5O8粉)后，设置球磨转速为150r/min，球磨时间为16h，得浆料，备用。
进一步地，所述的纳米C粉含量为4.5wt％、纳米γ-Al2O3粉含量为75.5wt％、自制LiAl5O8粉含量为20.0wt％；
进一步地，所述的纳米C粉纯度98.5wt％、平均粒径18nm；所述的纳米γ-Al2O3粉为纯度99.95wt％、平均粒度50nm。
c)干燥与过筛。将步骤b)所得浆料经70℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛，得混合粉体，备用。
d)煅烧合成。将步骤c)所得混合粉体置于α-Al2O3坩埚中，再一起放置至石墨加热炉中，通入流动氮气，以7℃/min的速率升温至1650℃并保温2h进行碳热还原氮化反应，自然冷却后，得到 LiAlON透明陶瓷粉体。
进一步地，所述的α-Al2O3坩埚纯度为99wt％；所述的流动氮气纯度为99.995vol％，流动速率为0.7L/min。
4)例4
a)LiAl5O8粉制备。以Li2CO3粉(纯度99.9wt％，平均粒度100 nm)、纳米γ-Al2O3粉(纯度99.95wt％，平均粒度100nm)为原料，按照质量比为87.33:12.67的比例混合球磨、干燥处理后，置于α- Al2O3坩埚中，再一起放置至马弗炉中，空气气氛下升温至1100℃进行煅烧4h，自然冷却后，得LiAl5O8粉，备用。
进一步地，所述的混合球磨、干燥处理方法是这样的：以市售无水乙醇为分散介质，以市售高纯氧化铝球为球磨介质，球与粉的质量比为8:1，球磨转速为200r/min，球磨时间为18h。然后，经65℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛。
b)原料混合球磨。以市售无水乙醇为分散介质，以市售高纯氧化铝球为球磨介质，球与粉的质量比为8:1。加入原料粉体(纳米C 粉、纳米γ-Al2O3粉和自制LiAl5O8粉)后，设置球磨转速为200r/min，球磨时间为18h，得浆料，备用。
进一步地，所述的纳米C粉含量为4.5wt％、纳米γ-Al2O3粉含量为65.5wt％、自制LiAl5O8粉含量为30.0wt％；
进一步地，所述的纳米C粉纯度99wt％、平均粒径10nm；所述的纳米γ-Al2O3粉为纯度99.95wt％、平均粒度100nm。
c)干燥与过筛。将步骤b)所得浆料经70℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛，得混合粉体，备用。
d)煅烧合成。将步骤c)所得混合粉体置于BN坩埚中，再一起放置至石墨加热炉中，通入流动氮气，以9℃/min的速率升温至1650 ℃并保温3h进行碳热还原氮化反应，自然冷却后，得到LiAlON透明陶瓷粉体
进一步地，所述的α-Al2O3坩埚纯度为99wt％；所述的流动氮气纯度为99.999vol％，流动速率为1.5L/min。
5)例5
a)LiAl5O8粉制备。以Li2CO3粉(纯度99.9wt％，平均粒度150 nm)、纳米γ-Al2O3粉(纯度99.99wt％，平均粒度70nm)为原料，按照质量比为87.33:12.67的比例混合球磨、干燥处理后，置于α- Al2O3坩埚中，再一起放置至马弗炉中，空气气氛下升温至1300℃进行煅烧4h，自然冷却后，得LiAl5O8粉，备用。
进一步地，所述的混合球磨、干燥处理方法是这样的：以市售无水乙醇为分散介质，以市售高纯氧化铝球为球磨介质，球与粉的质量比为6:1，球磨转速为120r/min，球磨时间为20h。然后，经80℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛。
b)原料混合球磨。以市售无水乙醇为分散介质，以市售高纯氧化铝球为球磨介质，球与粉的质量比为6:1。加入原料粉体(纳米C 粉、纳米γ-Al2O3粉和自制LiAl5O8粉)后，设置球磨转速为120r/min，球磨时间为20h，得浆料，备用。
进一步地，所述的纳米C粉含量为6.0wt％、纳米γ-Al2O3粉含量为74.0wt％、自制LiAl5O8粉含量为20.0wt％；
进一步地，所述的纳米C粉纯度97.5wt％、平均粒径16nm；所述的纳米γ-Al2O3粉为纯度99.99wt％、平均粒度70nm。
c)干燥与过筛。将步骤b)所得浆料经50℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛，得混合粉体，备用。
d)煅烧合成。将步骤c)所得混合粉体置于α-Al2O3坩埚中，再一起放置至石墨加热炉中，通入流动氮气，以8℃/min的速率升温至1700℃并保温1h进行碳热还原氮化反应，自然冷却后，得到 LiAlON透明陶瓷粉体。
进一步地，所述的α-Al2O3坩埚纯度为98wt％；所述的流动氮气纯度为99.995vol％，流动速率为1.8L/min。
6)例6
a)LiAl5O8粉制备。以Li2CO3粉(纯度99.5wt％，平均粒度50nm)、纳米γ-Al2O3粉(纯度99.99wt％，平均粒度20nm)为原料，按照质量比为87.33:12.67的比例混合球磨、干燥处理后，置于α-Al2O3坩埚中，再一起放置至马弗炉中，空气气氛下升温至1300℃进行煅烧 1h，自然冷却后，得LiAl5O8粉，备用。
进一步地，所述的混合球磨、干燥处理方法是这样的：以市售无水乙醇为分散介质，以市售高纯氧化铝球为球磨介质，球与粉的质量比为10:1，球磨转速为90r/min，球磨时间为24h。然后，经80℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛。
b)原料混合球磨。以市售无水乙醇为分散介质，以市售高纯氧化铝球为球磨介质，球与粉的质量比为10:1。加入原料粉体(纳米C 粉、纳米γ-Al2O3粉和自制LiAl5O8粉)后，设置球磨转速为90r/min，球磨时间为24h，得浆料，备用。
进一步地，所述的纳米C粉含量为6.0wt％、纳米γ-Al2O3粉含量为78.0wt％、自制LiAl5O8粉含量为16.0wt％；
进一步地，所述的纳米C粉纯度99wt％、平均粒径27nm；所述的纳米γ-Al2O3粉为纯度99.99wt％、平均粒度20nm。
c)干燥与过筛。将步骤b)所得浆料经50℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛，得混合粉体，备用。
d)煅烧合成。将步骤c)所得混合粉体置于BN坩埚中，再一起放置至石墨加热炉中，通入流动氮气，以5℃/min的速率升温至1700 ℃并保温4h进行碳热还原氮化反应，自然冷却后，得到LiAlON透明陶瓷粉体。
进一步地，所述的α-Al2O3坩埚纯度为99wt％；所述的流动氮气纯度为99.999vol％，流动速率为0.9L/min。
2、案例实施效果：
a)碳热还原氮化法合成的LiAlON粉体性能
如上述实例1～6所得粉体样品，经XRD分析，均为单相LiAlON 粉体(表1)，典型谱如图1所示，结合ICP-MS分析结果(表1)，可以确定粉体纯度高于99.5wt％；另外，ICP-MS测试结果(表1) 证实了粉体中含有Li元素，进一步证明确实是LiAlON，且主要杂质元素含量极低；实施案例1～6基本涵盖了本发明所描述的参数范围，所得LiAlON粉体颗粒度细(平均粒径不高于800nm)。
b)LiAlON粉体用于制作LiAlON透明陶瓷的效果
取上述实例1～6中所得粉体样品，压制成素坯，置于石墨加热炉中，以5℃/min的速率升温至1850℃保温24h，制备出的样品打磨抛光至2mm厚度，所得样品直线透过率不低于65％，最高可达到75％ (图2)。所得样品直线透过率，高于先前报道的方法(CN Pat.201110194521.1)。这表明，本发明获得的LiAlON粉体性能优异，适合制作透明陶瓷。
综上所述，实例证明，本发明可以实现一种碳热还原法合成 LiAlON粉体的方法，所得粉体颗粒度细(平均粒径不高于800nm)、纯度高(不低于99.5wt％)，适合制备透明陶瓷。
表1.LiAlON粉体性能测试结果
Figure BDA0001902037380000141
Figure BDA0001902037380000151
图1为表1.LiAlON粉体性能测试结果。涵盖的信息包括：案例1～6 得到的LiAlON粉体纯度及相关元素含量、平均粒径。表征测试上，我们采用X射线衍射仪(XRD，D/max-2600型，Rigaku，日本)分析了物相及相对含量；采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS，Agilent7700x，美国)获取Li元素以及主要金属杂质含量；采用扫描电子显微镜(SEM，S-4800型，Hitach，日本)获取粉体颗粒粒径大小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一：自制LiAl5O8粉；
步骤二：取纳米C粉、纳米γ-Al2O3粉和步骤一所得的自制LiAl5O8粉为原料，混合球磨、干燥处理，得粉体A；
步骤三：取粉体A，置于α-Al2O3或BN坩埚中，再一起放置至高温烧结炉中，通入流动氮气，以5℃～10℃/min的速率升温至1550℃～1700℃并保温1h～4h进行碳热还原氮化反应，自然冷却后，得到LiAlON透明陶瓷粉体；
步骤二所述的纳米C粉含量为3.0wt％～6.0wt％、纳米γ-Al2O3粉含量为65.0wt％～80.0wt％、自制LiAl5O8粉含量为15.0wt％～30.0wt％；所述的纳米C粉为纯度不低于97wt％、平均粒径不高于30nm的市售C粉。
2.如权利要求1所述的LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法，其特征在于，步骤一所述的自制LiAl5O8粉的合成方法是这样的：以纳米γ-Al2O3粉与Li2CO3粉为原料，按照一定质量比的比例混合球磨、干燥处理后，置于α-Al2O3坩埚中，再一起放置至马弗炉中，空气气氛下升温至800℃～1300℃进行煅烧1h～5h，自然冷却后，得LiAl5O8粉。
3.如权利要求2所述的LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法，其特征在于，所述质量比为87.33:12.67。
4.如权利要求1所述的LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法，其特征在于，所述纳米γ-Al2O3粉为纯度不低于99.5wt％、平均粒径不高于100nm的市售γ-Al2O3粉。
5.如权利要求2所述的LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法，其特征在于，所述Li2CO3粉为纯度不低于99wt％、平均粒度不高于200nm市售Li2CO3粉。
6.根据权利要求1所述的LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法，其特征在于，所述的混合球磨、干燥处理方法是这样的：以市***不低于99.5wt％的无水乙醇为分散介质，以市***不低于99wt％的高纯氧化铝球为球磨介质，球与粉的质量比为5:1～10:1，球磨转速为80r～200r/min，球磨时间为16h～24h；然后，经50℃～80℃干燥处理去除分散介质后，再经60目过筛。
7.根据权利要求1所述的LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法，其特征在于，所述步骤三中，α-Al2O3或BN坩埚均为市售产品，纯度不低于97wt％。
8.根据权利要求1所述的LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法，其特征在于，所述的流动氮气是指恒定速率的高纯氮气流。
9.根据权利要求8所述的LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法，其特征在于，氮气纯度不低于99.99vol％，流动速率为0.5L～2L/min。
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