[发明专利]氧化铝基透明陶瓷材料的超重力辅助非平衡制备方法

说明书

技术领域

本发明属于氧化物透明陶瓷制备技术领域，涉及氧化铝基透明陶瓷如氧化铝(Al₂O₃)、钇铝石榴石(YAG)等的制备方法，特别涉及将超重力辅助非平衡制备技术用于制备氧化铝基透明陶瓷材料。

背景技术

氧化铝透明陶瓷具有对可见光和红外光良好的透过性，同时具有高温强度高、耐热性好、耐腐蚀性强、比体积电阻大等特点，广泛应用于微电子、国防和航天等领域。

陶瓷材料熔点远高于金属，因此长期沿用制粉、成型、烧结的工艺路线。高透明度Al₂O₃陶瓷材料多采用具有超高烧结活性的高纯Al₂O₃粉体为原料，且通过热等静压烧结制备。如中国专利申请号为02148454.6所公开的，将Al₂O₃粉末、烧结剂、塑化剂和润滑剂按比例配料后加热、混合均匀制成热塑瓷料，然后将其成型脱脂素烧，再在1580～1880℃氢气或真空条件下长时间烧结制备出Al₂O₃透明陶瓷；而如中国专利申请号为02123648.8所公开的，则仅采用氧化铝粉末作为原料，通过冷等静压成坯，在1200～1350℃下长时间无压预烧结，然后再在1150～1350℃下热等静压30～60分钟后制备出透明陶瓷。以上工艺的主要缺点是：粉末易团聚，制备过程中粉末易被污染，在烧结过程中颗粒容易异常长大，最终得到的材料中还往往含有一定量的孔隙，很难制备出完全致密的理想材料，另外制备周期长、耗能大、成本高。

为了使陶瓷透光，必须具备致密度高、晶界没有杂质及玻璃相；或晶界的光学性质与微晶体之间差别很小、晶粒较小而且均匀，其中没有空隙、表面光洁度高。对制备过程中的每一环节，都必须精确控制。因此，传统的生产工艺使透明陶瓷的制备受到很大的局限，材料的原料和烧结成本非常昂贵，限制了其在实际中的广泛应用和推广。

发明内容

本发明目的是将用于制造金属材料的快速凝固技术与制备陶瓷材料的非平衡液固相变技术有机结合，选用燃烧合成反应体系中的铝热反应体系，通过设计铝热反应体系，形成超高温熔体，利用超重力场控制金属-陶瓷熔体分离及陶瓷液固相变过程，提供一种氧化铝基透明陶瓷材料的超重力辅助非平衡制备方法。

本发明中所采用的原料包括：超细铝粉(粒度范围：10～200微米，纯度大于98％)、分析纯金属氧化物粉末(选自Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、Co₃O₄、NiO、Ni₂O₃、CuO、Cu₂O、Cr₂O₃、CrO₃、MnO₂及V₂O₅中的一种以上等)、分析纯稀土氧化物粉末助剂(选自La₂O₃、Ce₂O₃、Y₂O₃、Eu₂O₃、Nd₂O₃、Gd₂O₃、Hf₂O₃及Sm₂O₃中的一种)、分析纯碱土金属氧化物粉末助剂(选自MgO及CaO中的一种)、分析纯非金属氧化物粉末助剂(选自B₂O₃、SiO₂及P₂O₅中的一种)、分析纯氟化物粉末助剂(选自CaF₂、LiF及AlF₃中的一种)。各种原料配比按重量份计(以超细铝粉为基准)：超细铝粉为10～50份，分析纯金属氧化物粉末为10～80份，分析纯稀土氧化物粉末助剂为0～35份，分析纯碱土金属氧化物粉末助剂为0～10份，分析纯非金属氧化物粉末助剂为0～5份，分析纯氟化物粉末助剂为0～10份。

本发明的氧化铝基透明陶瓷材料的超重力辅助非平衡制备方法包括以下步骤：