中國粉體網(wǎng)訊 氮氧化鋁(AlON)透明陶瓷具有強(qiáng)度高、硬度大、耐腐蝕、熱震性好等優(yōu)點，同時透波范圍大、直線透過率大，因此在國防和民用眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，被美國軍方評為“21世紀(jì)最重要的國防材料之一”。
AlON、藍(lán)寶石（sapphire）和尖晶石（MgAl2O4）三種常用的中紅外材料的性能對比如表1所示，可以看出，AlON陶瓷的光學(xué)性能與藍(lán)寶石、尖晶石、氧化釔相當(dāng)（中紅外透光率＞80%），而抗彎強(qiáng)度與藍(lán)寶石接近（300MPa），明顯高于尖晶石（190MPa）和氧化釔（160MPa）。由于藍(lán)寶石單晶窗口材料的制備成本非常高，且大尺寸很難制備，而AlON陶瓷則可以通過先進(jìn)陶瓷制備方法實現(xiàn)大尺寸及復(fù)雜樣品的制備，并具有光學(xué)各向同性的優(yōu)點，因此AlON陶瓷已成為高性能雙模天線罩和中紅外窗口的首選材料。
表1常用的中紅外材料性能對比
由于受本身的強(qiáng)共價鍵結(jié)構(gòu)和低自擴(kuò)散系數(shù)影響，AlON在無外場輔助情況下通常需要在2000℃以上長時間燒結(jié)，否則很難使其達(dá)到完全致密。目前，研究者主要從3個方面入手解決這一問題：①合成納米AlON粉體，提高燒結(jié)活性；②在無壓燒結(jié)的基礎(chǔ)上，借助摻雜燒結(jié)助劑，通過液相或半液相燒結(jié)促進(jìn)氣孔排除，實現(xiàn)燒結(jié)體的致密化；③在壓力輔助下進(jìn)行燒結(jié)，如采用熱壓、熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)。
粉體合成方法
AlON粉末及AlON陶瓷的合成方法主要有高溫固相反應(yīng)、氧化鋁還原氮化兩種方法。
①高溫固相反應(yīng)法
高溫固相反應(yīng)法一般是將一定配比的AlN、Al2O3粉混合，在高于1650℃溫度及氮氣氣氛保護(hù)下，保溫一定時間制備AlON粉末或陶瓷，其反應(yīng)式如式下所示：
高溫固相反應(yīng)法的最大優(yōu)點是原料容易獲得，工藝簡單易行，適于規(guī)模生產(chǎn)。
②氧化鋁還原氮化法
氧化鋁還原氮化制備γ-AlON粉末及AlON陶瓷的還原劑通常有C、Al、NH3和H2，而Al2O3碳熱還原氮化法制備AlON粉末是一種最常用方法，其化學(xué)反應(yīng)式如式下所示：
氧化鋁還原氮化法制備AlON陶瓷的原料成本低，適合工業(yè)化生產(chǎn)，制備工藝較復(fù)雜，但制備的陶瓷透光率較好。
AlON陶瓷的制備工藝進(jìn)展
AlON陶瓷主要有無壓燒結(jié)法、熱壓法以及最新出現(xiàn)的放電等離子燒結(jié)法、微波燒結(jié)法等。
①無壓燒結(jié)
無壓燒結(jié)是制備透明陶瓷的傳統(tǒng)方法，可以低成本大量生產(chǎn)各種尺寸和形狀的產(chǎn)品，是目前AlON陶瓷研究最多的制備方法。
②熱壓燒結(jié)
熱壓燒結(jié)是指在燒結(jié)過程中施加一定的壓力，使材料致密化的燒結(jié)工藝，適合制備簡單形狀的產(chǎn)品。
③微波燒結(jié)
微波燒結(jié)（Microwave Sintering）是一種材料燒結(jié)工藝的新方法，可以實現(xiàn)材料整體加熱來實現(xiàn)陶瓷的燒結(jié)。
④放電等離子燒結(jié)
放電等離子燒結(jié)方法（SPS,Spark Plasma Sintering）采用脈沖電流加熱，可以實現(xiàn)快速升溫和陶瓷短時間燒結(jié)。
綜上所述，無壓燒結(jié)可實現(xiàn)復(fù)雜形狀和高透光性陶瓷的制備，是實現(xiàn)AlON透明陶瓷應(yīng)用的重要制備方法。熱壓燒結(jié)制備的陶瓷可獲得較高透光性，但是由于工藝特點的限制難以制備復(fù)雜形狀的樣品，而微波燒結(jié)和等離子體快速燒結(jié)難以制備高透光性的AlON陶瓷。
AlON透明陶瓷具有優(yōu)異的光學(xué)特性和機(jī)械性能，使其不僅在軍事領(lǐng)域有重要作用，而且在商業(yè)領(lǐng)域內(nèi)也有廣闊的市場前景，這從根本上推動了AlON透明陶瓷的研究。但是我國目前的研究水平和市場開發(fā)與國外還有較大差距，未來在整個制備工藝的改進(jìn)和提高上，特別是加大對復(fù)雜形狀制品的研制方面，還需要繼續(xù)探索，以形成成熟穩(wěn)定的制備工藝。
參考來源：
盧帥.透明 AlON 陶瓷的研究進(jìn)展與展望
石堅波.AlON 透明陶瓷研究進(jìn)展
陳鳳. AlON 透明陶瓷的研究進(jìn)展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）
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