[发明专利]一种AlON透明陶瓷的低温快速制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种AlON透明陶瓷的低温快速制备方法，属于透明陶瓷制备技术领域。

背景技术

多晶氮氧化铝（简称AlON）在宽的波段（紫外-可见-红外）具有良好的透光性，同时具有优异的力学性能，且化学稳定性好，力学性能优于镁铝尖晶而接近蓝宝石，但是由于其作为多晶陶瓷材料在制备方面具有的优势，成本远低于蓝宝石，因而是最具有竞争力的红外窗口材料，是国际上目前比较普遍公认的最有潜力的三种红外窗口及透明装甲候选材料之一，在国防以及商业等众多领域里有着广阔的应用前景。

以氧化铝和氮化铝为原料的固相反应是一类制备透明AlON陶瓷的方法，但这种方法要求A1N粉必须高纯、超细，而目前高纯A1N主要依赖进口，价格昂贵，而且此方法制备的透明陶瓷透过率通常较低，因此不易产业化。另一类是碳热还原氮化法，首先以氧化铝为原料制得高纯AlON粉，再经高温烧结获得透明陶瓷，其特点是成本低，因此近年来基于碳热还原法开展了大量AlON透明陶瓷方面的研究工作，但普遍存在烧结温度高、保温时间长的问题。

U.S.专利4686070公开了一种制备AlON透明陶瓷的技术，但烧结温度高于1900℃，另一个U.S.专利4,720,362也涉及一种制备AlON透明陶瓷的技术，烧结温度同样高于1900℃，且保温时间太长，20h以上。

张芳等（张芳，王士维，张昭，袁贤阳.AlON粉体制备及透明陶瓷的烧结，稀有金属材料与工程，2009，Vol.38,suppl.2:403-406）以AlON粉体为原料在1950℃保温8h，且氮气压力为0.5MPa，冷等静压成型后的粉体烧结温度高、保温时间长，对设备要求高，所制备的陶瓷透过率不高，约60%。刘学建等人（刘学建，袁贤阳，张芳，黄政仁，王士维.碳热还原氮化工艺制备AlON透明陶瓷，无机材料学报，2010，Vol.25No.7:678-682）首先把AlON粉体以200r/min强化球磨，200MPa冷等静压成型，在0.8MPa氮气气氛下1950℃保温6h制备出透明陶瓷，但无透过率测试结果。田庭燕等（田庭燕，杜洪兵，姜华伟，孙峰，陈广乐，张微，吕科，彭珍珍.AlON透明陶瓷的制备与性能，硅酸盐学报，2010，Vol.38,8:1455-1458）采用热压烧结方法在15-25MPa压力下、1850-1950℃保温2-5h制备了具有较高透过率的AlON透明陶瓷，但由于制备过程中施加压力，限制了制品的形状。

发明内容

本发明的目的在于提供一种AlON透明陶瓷的低温快速制备方法，具体为一种AlON粉体的球磨改性工艺和改性后粉体的低温快速烧结技术，使用该技术可在较低温、较短时间内烧结制得AlON透明陶瓷，改性后的粉体粒度小，具有单峰、双峰及多峰等粒度分布特征，且峰宽窄，增加了颗粒堆积密度，有利于成型和烧结致密化，该方法烧结温度低、保温时间短，节能且成本低。

一种AlON透明陶瓷的低温快速制备方法，包括下述工艺步骤：

①球磨：将AlON粉体和烧结助剂在行星式球磨机上以150-300r/min的转速混合20-40h；

②烘干成型：将步骤①所得AlON陶瓷粉体料浆置于容器中于150℃烘干30-180分钟，过筛，所得粉末干压成型得AlON坯体；

③预抽真空：把步骤②成型的坯体放入石墨坩埚中，将石墨坩埚置于烧结炉中，常温抽真空至10^-3Pa后，边升温边抽真空至1000℃保温，直到真空度降到10^-2Pa，关闭抽气阀门，向炉内充高纯氮气；

④烧结：当炉内氮气压力呈微正压时，调整氮气流量小于0.4L/min，以升温速率为15-60℃/min升温到烧结温度1780-1900℃保温30-150分钟，烧结完毕后控制降温，得AlON透明陶瓷。

本发明所述AlON透明陶瓷的低温快速制备方法所有技术方案中：

步骤①优选按下述方法进行：将AlON粉体和烧结助剂以氮化硅为球磨介质、无水乙醇为分散介质以150-300r/min的转速混合20-40h；

本发明所述烧结助剂为本领域熟练技术人员所知的用于AlON陶瓷烧结用助剂，优选为Y₂O₃，其量为AlON粉体和烧结助剂总质量的0.2-0.8%。

步骤①球磨步骤中优选氮化硅磨球直径分别是10mm、8mm、5mm和3mm，球的级配是1:0.5~1:1~1.5:1~1.5，进一步优选氮化硅磨球直径分别是10mm、8mm和5mm，球的级配是1:0.8:1.2。