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尖晶石型氧氮化铝(γ-AlON)是Al2O3-AIN二元体系中重要的一类单相固溶体陶瓷。它具有优良的光学、力学和物理化学性能,因此成为颇具潜力的新型陶瓷材料。
本论文分析了合成γ-AlON的热力学条件,并采用一种新的快速合成工艺以不同摩尔比的AlN和Al2O3为原料合成了微细、均匀、较易破碎的单相γ-AlON透明陶瓷粉末。系统地研究了该方法的合成工艺如合成时间、保温温度、升温速率以及气氛压力等对粉末特性的影响,得出了最佳合成工艺是合成温度为1700℃,保温时间为10 min,氮气气氛压力为0.5bar,升温速率为100℃/min,并且拟合出了γ-AlON的晶格常数与氮含量的关系以及分析了该合成过程的动力学特征,计算出了其激活能Q=221.49KJ/mol。
另外,探索了运用快速合成工艺碳热氮化还原Al2O3合成γ-AlON粉末。采用两步法的实验过程:先得到了Al2O3和AlN的混合物,然后将氮化还原后得到的Al2O3和AIN混合物经除碳后直接合成γ-AlON。结果显示该方法在碳热还原合成γ-AlON具有很大的潜力。
快速合成的γ-AlON粉末,采用无压烧结法研究了烧结温度和保温时间对材料性能的影响,结果表明合适的烧结温度为1950℃,烧结体的性能随保温时间的延长逐步提高。该粉末在1950℃、10h下烧结制备出了具有一定机械和光学性能的γ-AlON透明陶瓷,微观结构分析显示该条件下烧结体的结构致密、颗粒大小分布均匀、无第二相存在,说明该粉术具有较高的烧结活性并可以用于制备性能优异的γ-AlON透明陶瓷。