CN116496091B - 一种氮氧化铝透明陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
一种氮氧化铝透明陶瓷材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116496091B CN116496091B CN202310476527.0A CN202310476527A CN116496091B CN 116496091 B CN116496091 B CN 116496091B CN 202310476527 A CN202310476527 A CN 202310476527A CN 116496091 B CN116496091 B CN 116496091B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- alon
- alpha
- ceramic
- aluminum oxynitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 41
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 17
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 111
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 102
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 42
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 28
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000001272 pressureless sintering Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910017109 AlON Inorganic materials 0.000 claims abstract 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 32
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 22
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 22
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 21
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 18
- 235000015895 biscuits Nutrition 0.000 claims description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 8
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 7
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 7
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 6
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 64
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 19
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 12
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 12
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 11
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 10
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 9
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000011268 mixed slurry Substances 0.000 description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 5
- 238000009694 cold isostatic pressing Methods 0.000 description 4
- 238000004031 devitrification Methods 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical group O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- -1 alkaline earth metal carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000019771 cognition Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 235000020610 powder formula Nutrition 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000009461 vacuum packaging Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/581—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on aluminium nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
- C04B35/6265—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering involving reduction or oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
- C04B2235/3213—Strontium oxides or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
- C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
- C04B2235/3227—Lanthanum oxide or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
- C04B2235/422—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/46—Gases other than oxygen used as reactant, e.g. nitrogen used to make a nitride phase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5454—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
- C04B2235/661—Multi-step sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
- C04B2235/762—Cubic symmetry, e.g. beta-SiC
- C04B2235/763—Spinel structure AB2O4
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
- C04B2235/9646—Optical properties
- C04B2235/9653—Translucent or transparent ceramics other than alumina
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明涉及一种氮氧化铝透明陶瓷材料及其制备方法。所述氮氧化铝透明陶瓷材料的制备方法包括：(1)将含α‑Al2O3的AlON粉体、碱土金属氧化物源和稀土氧化物混合，得到混合粉体；优选地，所述含α‑Al2O3的AlON粉体中α‑Al2O3摩尔含量不超过1.5mol％，更优选为0.5～1.5mol％；(2)将所得混合粉体压制成型后，再经无压烧结和热等静压烧结，得到单一物相的氮氧化铝透明陶瓷。
Description
技术领域
本发明涉及一种氮氧化铝透明陶瓷材料及其制备方法，属于透明陶瓷领域。
背景技术
氮氧化铝透明陶瓷(AlON)是Al2O3和AlN按照一定组分比例范围，经高温固溶生成的尖晶石立方相光学各向同性的透明陶瓷，具备光学透过率高、透波波段宽、力学性能优异的特点，可广泛应用于红外窗口、头罩、透明装甲等领域。
碳热还原氮化法是制备AlON透明陶瓷粉体的重要方法之一，无压烧结结合热等静压烧结技术，可制备出高质量AlON透明陶瓷材料。采用特定比例范围内的碳源和高纯氧化铝粉体混合，经碳热还原氮化过程，制备出AlN包覆Al2O3的壳芯结构。经空气气氛烧结除去残留的碳，再经高温无压烧结，将AlN/Al2O3粉体固溶生成纯AlON相粉体，将粉体进行素坯成型后，经高温无压烧结和热等静压烧结，最终可以制备出AlON透明陶瓷。
然而，采用碳热还原氮化法制备AlON透明陶瓷粉体时，对原材料中碳源和氧化铝的质量比例要求严格，通常要求固溶后的AlON粉体为纯相。否则，AlON粉体中残留的氧化铝会和掺杂助剂反应，在透明陶瓷中残留杂相，形成散射点，导致陶瓷光学透过率指数式降低，甚至失透。
发明内容
针对上述问题，本发明基于碳热还原氮化法制得的含少量α-Al2O3的AlON粉体，通过少量二价碱土碳酸盐和稀土氧化物的掺杂，经高温烧结，制备出纯AlON相透明陶瓷。
具体来说，第一方面，本发明提供了一种氮氧化铝透明陶瓷材料的制备方法，包括：
(1)将含α-Al2O3的AlON粉体、碱土金属氧化物源和稀土氧化物混合，得到混合粉体；优选地，所述含α-Al2O3的AlON粉体中α-Al2O3摩尔含量不超过1.5mol％，更优选为0.5～1.5mol％；
(2)将所得混合粉体压制成型后，再经无压烧结和热等静压烧结，得到单一物相的氮氧化铝透明陶瓷。
在本领域中，AlON粉体通常是由碳热还原氮化法制得(一定比例范围内的氧化铝和氮化铝的混合物，再经固溶反应，生成AlON固溶体)，碳含量过低，则反应不完全，陶瓷固溶粉体中含有氧化铝；碳含量过高，则过量的碳会把生成的AlN又还原成Al金属，在除碳过程中，重新变回氧化铝。现有报道通常认为只有固溶后生成纯AlON相，才能烧结透明，而含氧化铝的AlON粉体，则难以制备出高光学质量的透明陶瓷。而本发明人打破现有技术的固有认知，采用含α-Al2O3的AlON粉体作为原料，创造性地利用碱土金属氧化物(碱土金属氧化物源本身或分解得到)和AlON粉中的α-氧化铝反应，生成适量的低温液相。一方面降低烧结温度，适量的液相在AlON物相的固溶范围内，并且可确保均匀地包裹AlON晶粒，均匀地固溶进AlON晶格，实现与AlON固溶，最终生成单一物相的AlON陶瓷，实现透明化。具体地，在无压烧结过程中，一方面确保碱土金属和氧化铝反应生成适量的低温液相，另一方面使低温液相和AlON相固溶，最终是单一物相，第三方面是将单一物相陶瓷的致密度提高，或将气孔率降低至特定范围内；热等静压烧结过程相对简单，在烧结过程中施加较大的压力，使陶瓷中的气孔排除，实现陶瓷的透明化。若含α-Al2O3的AlON粉体中α-Al2O3含量过低，可对应降低碱土金属的添加量，即生成的第二相较低，晶界润湿效果不佳，不仅降烧效果有限，而且难以均匀连续地分布在AlON晶粒周围，易造成低温液相局部富集，不利于组分均匀分布，降低光学质量。若含α-Al2O3的AlON粉体中α-Al2O3含量过高，须对应提高碱土金属的添加量，即生成的第二相过多，但AlON对其固溶度有限，不可能无限固溶。因此进一步优选限定α-Al2O3摩尔含量为0.5～1.5mol％。本发明稀土氧化物掺杂主要用于调控AlON的晶粒大小。
较佳地，所述α-Al2O3的AlON粉体的制备方法，包括：(1)按照γ-氧化铝：碳粉的质量比为(95～96):(4～5)进行配料并混合后，再经碳热还原氮化，得到AlN包裹Al2O3的壳芯结构陶瓷粉体；(2)将所得AlN包裹Al2O3的壳芯结构陶瓷粉体经除碳、固溶，得到含α-Al2O3的AlON粉体。本发明中，所用原料是特定比例的C/Al2O3，经CTRN过程，生成含少量α-Al2O3的AlON粉体。
较佳地，所述碳热还原氮化的温度为1600～1800℃，时间为3～5小时。
较佳地，所述除碳的工艺为：在空气气氛中经500～800℃处理3～5小时。
较佳地，所述固溶的工艺为：在0.05～0.1MPa流动氮气气氛下，将除碳后的粉体经1700～1800℃固溶处理3～5小时。
较佳地，所述碱土金属氧化物源选自碱土金属氧化物或/和碱土金属碳酸盐，优选自MgO、CaO、SrO、BaO、MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3中的至少一种；
所述碱土金属氧化物源的添加量为含α-Al2O3的AlON粉体的0.2～1wt％，与α-Al2O3的摩尔含量相当。碱土金属含量过低，无法与粉体中的氧化铝完全反应，导致粉体中氧化铝残留，最终导致陶瓷光学质量大幅降低或不透明；氧化铝含量有限，碱土金属含量过高可能会导致生成其他含碱土金属的第二相，同样导致陶瓷光学质量大幅降低或不透明。
较佳的，所述稀土氧化物选自La2O3、Y2O3、Gd2O3、Yb2O3和Sc2O3中的至少一种；所述稀土氧化物的添加量为含α-Al2O3的AlON粉体的0.05～0.2wt％。本发明中，虽然稀土氧化物是比较常规的掺杂剂，但应当两者结合，作用对象不同，缺一不可。最终确保二者最终固溶成单一的AlON物相(AlON透明陶瓷)。即原始粉体中有氧化铝和AlON，碱土金属是与氧化铝反应，最终固溶进AlON，常规采用稀土氧化物调节AlON的晶粒尺寸，二者结合实现陶瓷致密化烧结。
较佳地，所述无压烧结的工艺包含：在流动氮气气氛下，将陶瓷素坯经1800～2000℃无压烧结5～30小时；所述流动氮气气氛的压强为0.01～0.1MPa，优选为0.06MPa；流量为0.5～2L/min，优选为1.5L/min。应注意，烧结温度过低，陶瓷中气孔含量过高，不透明；温度过高可能会导致物相发生变化，或者部分低温相析出，无法与AlON固溶，不透明。
较佳地，所述热等静压烧结的压力为100～200MPa，温度为1700～1900℃，烧结时间2～5小时。
第二方面，本发明提供了一种根据上述制备方法得到的氮氧化铝透明陶瓷。
较佳地，所述氮氧化铝透明陶瓷的物相为立方结构尖晶石相，相对密度≥99.9％；1.4mm厚的所述氮氧化铝透明陶瓷样品在780nm处的直线透过率可达80.4％，在3.7μm处的直线透过率可达84.9％，维氏硬度可达16.8GPa，断裂韧性可达2.2MPa·m1/2。
有益效果
(1)现有报道要求碳热还原氮化法制备的AlON粉体必须是纯AlON相，本发明基于碳热还原氮化法制得的含少量α-Al2O3的AlON粉体中，通过碱土金属氧化物源和稀土氧化物的掺杂，制备出纯相AlON透明陶瓷；
(2)本发明提供的氮氧化铝陶瓷材料，经无压烧结和热等静压烧结制备得到的陶瓷材料中无第二相，光学质量和力学性能优异；
(3)本发明采用的原材料国内市场供应充足、价格低廉，使高性能透明陶瓷制备的低成本化成为可能；
(4)本发明所述的材料主要采用行星球磨混料，陶瓷采用无压烧结和热等静压烧结，陶瓷材料性能稳定，适用于批量化生产。
附图说明
图1为实施例1制备得到的含少量α-Al2O3的AlON粉体的XRD测试结果和AlON(PDF#48-0686)、α-Al2O3(PDF#46-1212)、Si(PDF#27-1402，外掺以标定晶胞参数)三种物相的XRD标准卡片对比图；
图2为实施例1制备得到的纯相AlON透明陶瓷XRD衍射图谱；
图3为实施例1制备得到的纯相AlON透明陶瓷的透过率曲线图。
具体实施方式
以下通过实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明基于含少量α-Al2O3的AlON粉体，提供了一种AlON透明陶瓷材料的制备方法。通过向所述含少量α-Al2O3的AlON粉体中掺杂适量二价碱土碳酸盐和稀土氧化物，在高温烧结过程中，二价碱土碳酸盐和AlON粉体中残留的少量α-Al2O3反应，生成促进烧结的低温中间相，最终固溶进AlON陶瓷物相，避免了第二相的生成，确保最终陶瓷中无杂相；稀土氧化物的掺杂量与粉体中AlON相含量密切相关，通常用于调控AlON陶瓷烧结过程中晶粒生长，辅助实现单一物相的AlON陶瓷透明化。
本发明中，针对非单相的情况，一方面采用特定的掺杂剂，碱土氧化物与Al2O3、稀土氧化物与AlON反应，生成低温液相，小幅度降低陶瓷的烧结温度；另一方面，经过高温烧结过程，最终固溶进AlON形成固溶体，变成AlON单相，经热等静压烧结去除气孔，实现透明化。以下示例性说明本发明所述氮氧化铝透明陶瓷材料的制备方法，所述制备方法主要包括：含少量α-Al2O3的AlON粉体制备和陶瓷透明化两个部分。
配料。按照γ-氧化铝：碳粉的质量比为(95～96):(4～5)进行配料，得到粉料。其中，所述γ-氧化铝粉体的纯度≥99.9％，粒径为0.1～5μm；所述碳粉的纯度≥99.9％，粒径为0.05～1μm。根据文献报道的AlON可实现透明的N/O比范围，通过氧化铝和碳的碳热还原氮化反应过程，反推得出C和氧化铝的比例。本发明碳含量低于前述的常规制备方法，是为了确保氧化铝有剩余；碳含量若高于常规的范围，原则上可以使粉体中的氧化铝有剩余，但要额外经历一个氧化过程，可能对粉体中的AlN有影响。
混合。将粉料：高纯酒精：高纯氧化铝球按照1:1:5的质量比混合，200转/分钟的条件下球磨12小时，得到混合均匀的球磨料。
干燥和过筛。将球磨料经60℃烘干24小时，并过80～200目筛，得到原料粉体。
碳热还原氮化。将原料粉体经1600～1800℃碳热还原氮化处理3～5小时，制备出AlN包裹Al2O3的壳芯结构陶瓷粉体。所用容器为石墨坩埚，氮源是高纯氮气(纯度＞99.99％)，压强约0.05～0.1MPa流动氮气气氛下，氮气流量为0.5～2.0L/min。
除碳。将AlN包裹Al2O3的壳芯结构陶瓷粉体在空气气氛中经500～800℃处理3～5小时进行除碳。
固溶。在0.05～0.1MPa流动氮气气氛下，将除碳后的陶瓷粉体经1700～1800℃固溶处理3～5小时，得到含少量α-Al2O3的AlON粉体。其中，α-Al2O3占所述含少量α-Al2O3的AlON粉体的0.5～1.5mol％，所述AlON粉体的粒径为0.2～3μm。
混合。将二价碱土碳酸盐、稀土氧化物、含α-Al2O3的AlON粉体进行球磨混合，溶剂选择酒精，研磨球为高纯氧化铝球，270转/分钟的转速条件下球磨混合12～24小时，得到混合浆料；将所述混合浆料经60℃干燥24小时，过筛得到混合粉体。
在一些实施方式中，所述碱土碳酸盐可以选自MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3中的至少一种，纯度≥99.9％。所述稀土氧化物可以选自La2O3、Y2O3、Gd2O3、Yb2O3和Sc2O3中的至少一种，纯度≥99.9％。
所述碱土碳酸盐的添加量可以为含氧化铝AlON粉体的0.2～1wt％；所述稀土氧化物的添加量可以为含氧化铝AlON粉体的0.05～0.2wt％。二者过高或过低均会造成陶瓷光学质量大幅下降或失透。掺杂量过低，前者是剩余过量的氧化铝，即第二相导致失透，后者是掺杂剂不够，可能会导致陶瓷中液相过少，气孔率过高，失透；掺杂量过高，前者是额外生成含碱土金属的第二相，光学上为散射点，导致光学质量降低或失透，稀土氧化物过多，同样会生成未知的第二相，光学上为散射点，导致光学质量降低或失透。
成型。将混合粉体干压成型，经200MPa冷等静压处理5～10分钟，制得陶瓷素坯。
无压烧结。在流动氮气气氛下，将陶瓷素坯经1800～2000℃无压烧结5～30小时，得到单一物相的氮氧化铝陶瓷。其中，所述氮气气氛的压强为0.01～0.1MPa，优选为0.06MPa；流量为0.5～2L/min，优选为1.5L/min。针对本专利提出的粉体配方，烧结制度的效果确实有所不同，无压烧结过程，一方面是确保碱土金属和氧化铝反应生成低温液相，另一方面使低温液相和AlON相固溶，最终是单一物相，第三方面是将单一物相的致密度提高，或将气孔率降低至特定范围内。
热等静压烧结。在200MPa氩气气氛下，将单一物相的氮氧化铝陶瓷经1700～1900℃热等静压烧结2～5小时，得到单一物相的氮氧化铝透明陶瓷。热等静压烧结过程相对简单，是在烧结过程中施加较大的压力，使陶瓷中的气孔排除，实现陶瓷的透明化。
在本发明中，以Al2O3和碳粉为主要原料，通过组分比例控制，经碳热还原氮化制得AlN包裹Al2O3的壳芯结构，经除碳和固溶，不同于常规要求必须生成纯AlON相粉体，本发明要求制备出的AlON粉体含α-Al2O3；掺入适量二价碱土碳酸盐和稀土氧化物，在高温烧结过程中，二价碱土碳酸盐与粉体中的α-Al2O3反应生成中间相，最终固溶进AlON陶瓷中，稀土氧化物调节陶瓷晶粒尺寸，最终可制备出单一尖晶石相的氮氧化铝透明陶瓷。
本发明制备方法简单，通过本发明提供的上述方法制备得到的氮氧化铝透明陶瓷的物相为立方结构尖晶石相，相对密度(致密度)≥99.9％；1.4mm厚的所述氮氧化铝透明陶瓷样品在780nm处的直线透过率至少为70％、可高达80.4％，在3.7μm处的直线透过率至少为75％、可高达84.9％，维氏硬度可达16.8GPa，断裂韧性可达2.2MPa·m1/2。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围，下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
(1)配料。按照γ-氧化铝：碳粉的质量比为95.4:4.6进行配料，得到粉料。其中，所述γ-氧化铝粉体的粒径约为0.03μm；所述碳粉的粒径约为0.02μm。
(2)混合。将步骤(1)所得粉料：高纯酒精：高纯氧化铝球按照1:1:5的质量比混合，200转/分钟的条件下球磨12小时，得到混合均匀的球磨料。
(3)干燥和过筛。将步骤(2)所得球磨料经60℃烘干24小时，并过100目筛。
(4)碳热还原氮化。将步骤(3)所得粉体经1750℃碳热还原氮化处理8小时，制备出AlN包裹Al2O3的壳芯结构陶瓷粉体。
(5)除碳。将步骤(4)所得陶瓷粉体在空气气氛中经650℃处理5小时进行除碳。
(6)固溶。在0.06MPa流动氮气气氛下，将步骤(5)所得除碳后的粉体经1780℃固溶处理5小时，得到含少量α-Al2O3的AlON粉体。其中，α-Al2O3占所述含少量α-Al2O3的AlON粉体的约0.6mol％，所述AlON粉体的粒径约为1.5μm。
(7)混合。将0.2g SrCO3、0.05g La2O3、0.08g Y2O3、100g步骤(6)所得含α-Al2O3的AlON粉体进行球磨混合，溶剂选择酒精，研磨球为高纯氧化铝球，270转/分钟的转速条件下球磨混合20小时，得到混合浆料；将所述混合浆料经60℃干燥24小时，过筛得到混合粉体。
(8)成型。将步骤(7)所得混合粉体干压成型，经200MPa冷等静压处理5分钟，制得陶瓷素坯。
(9)无压烧结。在流动氮气气氛下，将步骤(8)所得陶瓷素坯经1825℃无压烧结30小时，得到单一物相的氮氧化铝陶瓷。其中，所述氮气气氛的压强为0.06MPa；流量为1.5L/min。
(10)热等静压烧结。在200MPa氩气气氛下，将步骤(9)所得单一物相的氮氧化铝陶瓷经1800℃热等静压烧结3小时，得到单一物相的氮氧化铝透明陶瓷。
图1为实施例1制备得到的含少量α-Al2O3的AlON粉体的XRD对照图。从图中可以看出，掺入单晶Si粉(PDF#27-1402)以标定晶胞参数，粉体由AlON(PDF#48-0686)和α-Al2O3(PDF#46-1212)相组成。
图2为实施例1制备得到的纯相AlON透明陶瓷XRD衍射图谱。从图中可以看出，实施例1制备得到的AlON透明陶瓷为单一的尖晶石相。
图3为实施例1制备得到的纯相AlON透明陶瓷的透过率曲线图。从图中可以看出，1.4mm厚样品在780nm处的透过率为80.4％，3.7μm处的透过率为84.5％。
实施例2
(1)配料。按照γ-氧化铝：碳粉的质量比为95.5:4.5进行配料，得到粉料。其中，所述γ-氧化铝粉体的粒径约为0.03μm；所述碳粉的粒径约为0.02μm。
(2)混合。将步骤(1)所得粉料：高纯酒精：高纯氧化铝球按照1:1:5的质量比混合，200转/分钟的条件下球磨12小时，得到混合均匀的球磨料。
(3)干燥和过筛。将步骤(2)所得球磨料经60℃烘干24小时，并过100目筛。
(4)碳热还原氮化。将步骤(3)所得粉体经1750℃碳热还原氮化处理8小时，制备出AlN包裹Al2O3的壳芯结构陶瓷粉体。
(5)除碳。将步骤(4)所得陶瓷粉体在空气气氛中经650℃处理5小时进行除碳。
(6)固溶。在0.06MPa流动氮气气氛下，将步骤(5)所得除碳后的粉体经1750℃固溶处理3小时，得到含少量α-Al2O3的AlON粉体。其中，α-Al2O3约占所述含少量α-Al2O3的AlON粉体的1.0mol％，所述AlON粉体的粒径为2.5μm。
(7)混合。将0.2g SrCO3、0.05g La2O3、0.08g Y2O3、100g步骤(6)所得含α-Al2O3的AlON粉体进行球磨混合，溶剂选择酒精，研磨球为高纯氧化铝球，270转/分钟的转速条件下球磨混合20小时，得到混合浆料；将所述混合浆料经60℃干燥24小时，过筛得到混合粉体。
(8)成型。将步骤(7)所得混合粉体干压成型，经200MPa冷等静压处理3分钟，制得陶瓷素坯。
(9)无压烧结。在流动氮气气氛下，将步骤(8)所得陶瓷素坯经1850℃无压烧结30小时，得到单一物相的氮氧化铝陶瓷。其中，所述氮气气氛的压强为0.06MPa；流量为1.5L/min。
(10)热等静压烧结。在200MPa氩气气氛下，将步骤(9)所得单一物相的氮氧化铝陶瓷经1800℃热等静压烧结3小时，得到单一物相的氮氧化铝透明陶瓷。
实施例3
(1)配料。按照γ-氧化铝：碳粉的质量比为95.6:4.4进行配料，得到粉料。其中，所述γ-氧化铝粉体的粒径为0.03μm；所述碳粉的粒径为0.02μm。
(2)混合。将步骤(1)所得粉料：高纯酒精：高纯氧化铝球按照1:1:5的质量比混合，200转/分钟的条件下球磨12小时，得到混合均匀的球磨料。
(3)干燥和过筛。将步骤(2)所得球磨料经60℃烘干24小时，并过100目筛。
(4)碳热还原氮化。将步骤(3)所得粉体经1780℃碳热还原氮化处理5小时，制备出AlN包裹Al2O3的壳芯结构陶瓷粉体。
(5)除碳。将步骤(4)所得陶瓷粉体在空气气氛中经700℃处理3小时进行除碳。
(6)固溶。在0.06MPa流动氮气气氛下，将步骤(5)所得除碳后的粉体经1780℃固溶处理5小时，得到含少量α-Al2O3的AlON粉体。其中，α-Al2O3约占所述含少量α-Al2O3的AlON粉体的1.5mol％，所述AlON粉体的粒径约为2μm。
(7)混合。将0.4g SrCO3、0.05g La2O3、0.08g Y2O3、100g步骤(6)所得含α-Al2O3的AlON粉体进行球磨混合，溶剂选择酒精，研磨球为高纯氧化铝球，270转/分钟的转速条件下球磨混合24小时，得到混合浆料；将所述混合浆料经60℃干燥24小时，过筛得到混合粉体。
(8)成型。将步骤(7)所得混合粉体干压成型，真空包装，经200MPa冷等静压处理5分钟，制得陶瓷素坯。
(9)无压烧结。在流动氮气气氛下，将步骤(8)所得陶瓷素坯经1825℃无压烧结30小时，得到单一物相的氮氧化铝陶瓷。其中，所述氮气气氛的压强为0.06MPa；流量为1.5L/min。
(10)热等静压烧结。在200MPa氩气气氛下，将步骤(9)所得单一物相的氮氧化铝陶瓷经1800℃热等静压烧结3小时，得到单一物相的氮氧化铝透明陶瓷。
表1为实施例1～3中所采用的各种原料的质量比例和主要烧结工艺参数：
表2为实施例1～3中所得氮氧化铝透明陶瓷的主要性能参数：
从表2可以看出，采用二价碱土碳酸盐和稀土氧化物掺杂的含α-Al2O3的氮氧化铝陶瓷粉体，经无压和热等静压烧结，陶瓷物相为尖晶石相，相对密度≥99.9％；1.4mm厚样品在780nm处的透过率可达80.4％，在3.7μm处的透过率可达84.9％，维氏硬度可达16.8GPa，断裂韧性可达2.2MPa·m1/2。
实施例4
本发明中，含α-Al2O3的氮氧化铝陶瓷粉体中氧化铝含量为0.2mol％时，通过约0.1wt％的SrCO3，结合本发明稀土氧化物共掺(0.05gLa2O3+0.08g Y2O3)，光学透过率低于60％透过率@780nm为36％、透过率@3.7μm为52％)；其他制备步骤及参数参照实施例1。
实施例5
本实施例5中，含α-Al2O3的氮氧化铝陶瓷粉体中氧化铝含量为2mol％时，通过掺杂约1wt％的SrCO3，结合本发明稀土氧化物共掺(0.05gLa2O3+0.08g Y2O3)，光学透过率低于60％(透过率@780nm为41％、透过率@3.7μm为58％)；其他制备步骤及参数参照实施例1。
对比例1
本对比例1和实施例1的区别仅在于：不添加碱土碳酸盐，其只有通过长时间的无压烧结(1980℃×60h，200MPa)、结合1800℃×3小时的热等静压烧结，才实现透明。但其光学性能(透过率@780nm为55％、透过率@3.7μm为68％)显著低于本发明公布样品的光学透过率。若其无压烧结温度降低或/和烧结时间更少，其光学性能更差。
对比例2
本对比例2中含α-Al2O3的氮氧化铝陶瓷粉体中氧化铝含量为2mol％(100g)时，即使通过添加对应摩尔含量的碱土碳酸盐(1.5gSrCO3)，结合本发明明确范围内的稀土氧化物共掺(0.05gLa2O3+0.08gY2O3)，其他参数参照实施例1。本对比例2无法实现透明化(透过率@780nm为35％、透过率@3.7μm为50％)。
对比例3
本对比例3中含α-Al2O3的氮氧化铝陶瓷粉体中氧化铝含量为2mol％时，区别在于：无碱土碳酸盐添加。为了降低烧结制度给透明陶瓷带来的影响，本发明人在对比例3中选择经更高温度或更长保温时间处理(在流动氮气气氛下，将陶瓷素坯经1825℃无压烧结60小时；所述流动氮气气氛的压强为0.06MPa，流量为1.5L/min。200MPa氩气气氛、热等静压烧结的温度为1800℃，烧结时间3小时)，均无法获得高光学质量(φ15×5mm样品透过率@780nm为0％、透过率@3.7μm为0％)。
对比例4
本对比例4中氮氧化铝透明陶瓷的制备过程参见实施例1，区别仅在于：不加入稀土氧化物。所得氮氧化铝透明陶瓷的光学性能较差(透过率@780nm为5％、透过率@3.7μm为12％)。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (5)
1.一种氮氧化铝透明陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：
（1）将含α-Al2O3的AlON粉体、碱土金属氧化物源和稀土氧化物混合，得到混合粉体；所述含α-Al2O3的AlON粉体中α-Al2O3摩尔含量为0.5～1.5 mol%；所述碱土金属氧化物源的添加量为含α-Al2O3的AlON粉体的0.2～1wt%；所述稀土氧化物的添加量为含α-Al2O3的AlON粉体的0.05～0.2wt%；
所述含α-Al2O3的AlON粉体的制备方法包括：（1）按照γ-氧化铝：碳粉的质量比为（95～96）：（4～5）进行配料并混合后，再经碳热还原氮化，得到AlN包裹Al2O3的壳芯结构陶瓷粉体；（2）将所得AlN包裹Al2O3的壳芯结构陶瓷粉体经除碳、固溶，得到含α-Al2O3的AlON粉体；
所述碱土金属氧化物源选自MgO、CaO、SrO、BaO、MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3中的至少一种；
所述稀土氧化物选自La2O3、Y2O3、Gd2O3、Yb2O3和Sc2O3中的至少一种；
（2）将所得混合粉体压制成型后，再经无压烧结和热等静压烧结，得到单一物相的氮氧化铝透明陶瓷；
所述无压烧结的工艺包含：在流动氮气气氛下，将陶瓷素坯经1800～2000℃无压烧结5～30小时；所述流动氮气气氛的压强为0.01～0.1MPa，流量为0.5～2L/min；
所述热等静压烧结的压力为100～200MPa，温度为1700～1900℃，烧结时间为2～5小时。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳热还原氮化的温度为1600～1800℃，时间为3～5小时；
所述除碳的工艺为在空气气氛中经500～800℃处理3～5小时；
所述固溶的工艺为：在0.05～0.1MPa流动氮气气氛下，将除碳后的粉体经1700～1800℃固溶处理3～5小时。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述流动氮气气氛的压强为0.06MPa，流量为1.5L/min。
4.一种根据权利要求1所述的制备方法得到的氮氧化铝透明陶瓷材料。
5.根据权利要求4所述的氮氧化铝透明陶瓷材料，其特征在于，所述氮氧化铝透明陶瓷材料的物相为立方结构尖晶石相，相对密度≥99.9%；所述氮氧化铝透明陶瓷材料样品在1.4mm厚情况下，其780nm处的直线透过率高达80.4%，在3.7μm处的直线透过率高达84.9%，维氏硬度高达16.8GPa，断裂韧性高达2.2MPa·m1/2。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310476527.0A CN116496091B (zh) | 2023-04-28 | 2023-04-28 | 一种氮氧化铝透明陶瓷材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310476527.0A CN116496091B (zh) | 2023-04-28 | 2023-04-28 | 一种氮氧化铝透明陶瓷材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116496091A CN116496091A (zh) | 2023-07-28 |
| CN116496091B true CN116496091B (zh) | 2024-03-12 |
Family
ID=87317860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310476527.0A Active CN116496091B (zh) | 2023-04-28 | 2023-04-28 | 一种氮氧化铝透明陶瓷材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116496091B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101928145A (zh) * | 2010-06-01 | 2010-12-29 | 上海玻璃钢研究院有限公司 | 一种超细、高纯γ-AlON透明陶瓷粉末的制备方法 |
| CN106342081B (zh) * | 2007-11-26 | 2012-02-08 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种氮氧化铝透明陶瓷的固相制备方法 |
| CN106342080B (zh) * | 2007-11-26 | 2012-02-08 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种氮氧化铝透明陶瓷的碳热或铝热还原制备方法 |
| KR20150094558A (ko) * | 2015-07-20 | 2015-08-19 | 영남대학교 산학협력단 | 투명도가 향상된 다결정 산질화알루미늄의 제조방법 |
| CN113582701A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-11-02 | 大连海事大学 | 一种一步快速升温碳热还原氮化制备高纯单相AlON透明陶瓷粉体的方法 |
| CN114014668A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-02-08 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种3d打印用水基氮氧化铝透明陶瓷浆料及其制备方法 |
| CN115028458A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-09-09 | 鲁米星特种玻璃科技股份有限公司 | 一种氮氧化铝透明陶瓷的制备技术 |
-
2023
- 2023-04-28 CN CN202310476527.0A patent/CN116496091B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106342081B (zh) * | 2007-11-26 | 2012-02-08 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种氮氧化铝透明陶瓷的固相制备方法 |
| CN106342080B (zh) * | 2007-11-26 | 2012-02-08 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种氮氧化铝透明陶瓷的碳热或铝热还原制备方法 |
| CN101928145A (zh) * | 2010-06-01 | 2010-12-29 | 上海玻璃钢研究院有限公司 | 一种超细、高纯γ-AlON透明陶瓷粉末的制备方法 |
| KR20150094558A (ko) * | 2015-07-20 | 2015-08-19 | 영남대학교 산학협력단 | 투명도가 향상된 다결정 산질화알루미늄의 제조방법 |
| CN113582701A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-11-02 | 大连海事大学 | 一种一步快速升温碳热还原氮化制备高纯单相AlON透明陶瓷粉体的方法 |
| CN114014668A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-02-08 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种3d打印用水基氮氧化铝透明陶瓷浆料及其制备方法 |
| CN115028458A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-09-09 | 鲁米星特种玻璃科技股份有限公司 | 一种氮氧化铝透明陶瓷的制备技术 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116496091A (zh) | 2023-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112142476B (zh) | 一种提高氮化硅陶瓷基板材料热导率和力学性能的硅热还原方法 | |
| CN112159237B (zh) | 一种高导热氮化硅陶瓷材料及其制备方法 | |
| CA1201453A (en) | Ceramic product and method of forming a ceramic product | |
| Sun et al. | Low-temperature synthesis and sintering of γ-Y 2 Si 2 O 7 | |
| JP3290686B2 (ja) | 窒化アルミニウム粉末の製造方法 | |
| CN108863395B (zh) | 一种高热导率、高强度氮化硅陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN116496091B (zh) | 一种氮氧化铝透明陶瓷材料及其制备方法 | |
| JP4251649B2 (ja) | 透光性酸化ルテチウム焼結体及びその製造方法 | |
| JP2000203933A (ja) | 乾式混合法による透明イットリウム・アルミニウム・ガ―ネット焼結体の製造法 | |
| JPS63156070A (ja) | 窒化珪素質焼結体及びその製法 | |
| JP2020001988A (ja) | ジルコニア焼結体及びその製造方法 | |
| JP3883106B2 (ja) | 透光性酸化スカンジウム焼結体及びその製造方法 | |
| CN112225564B (zh) | 一种氮氧化铝透明陶瓷及其制备方法 | |
| JP5224293B2 (ja) | 反応焼結基窒化ケイ素セラミックス及びその製造方法 | |
| JP3034100B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 | |
| JP2662863B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
| JP2892246B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 | |
| EP0150180A1 (en) | PROCESS FOR PRODUCING AN OXYNITRIDE / Si 3? N 4? DENSIFIED WITH PREMIXED OXYGEN AND SILICON CARRIERS. | |
| JPH03174365A (ja) | 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法 | |
| JPH0585827A (ja) | 窒化ケイ素−混合酸化物系焼結体およびその製造方法 | |
| JP3124862B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
| CN113149663A (zh) | 一种高断裂韧性Sialon陶瓷及其制备方法和应用 | |
| JP2671539B2 (ja) | 窒化珪素焼結体の製造方法 | |
| CN117486611A (zh) | 一种细晶、透明钇铝石榴石基陶瓷材料的制备方法 | |
| KR20230160278A (ko) | 질화규소 소결체의 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |