MgAlON透明陶瓷的制备研究

作     者：商青琳 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王皓

授予年度：2010年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：MgAlON 固相反应 无压烧结 SPS 微观结构 性能 

摘      要：MgAlON是在AlON透明陶瓷的基础上新近发展起来的一种新型透明陶瓷材料。它具有和AlON相同的晶体结构和相近的晶格常数,更好的低温稳定性。高致密度的MgAlON陶瓷材料有优良的机械性能和光学透过性能,尤其是在0.25～6μm波长范围内有很高的透过率,使其在诸多领域显示出良好的应用前景。 本论文首先根据空位浓度与MgO、AlN含量的关系及MgO-AlN-Al2O3三元体系相图,设计出实验的组分组成。采用固相反应法合成了纯度高、晶粒细小、尺寸分布均匀可满足烧结要求的MgAlON透明陶瓷粉体。研究了合成温度、保温时间、升温速率、合成气氛和组分组成等对合成粉体的纯度、粒径大小及分布影响。获得了场致快速合成MgAlON透明陶瓷原料粉体的优化制备工艺,并优选出透明相区内高质量粉体的组分组成,建立了合成粉体的质量与组分组成之间的关系。 以优化出的高质量粉体为原料,采用无压烧结工艺制备MgAlON透明陶瓷。研究了不同烧结温度和不同组成对MgAlON陶瓷材料性能的影响。结果表明,MgAlON透明陶瓷粉体在1900℃、保温24h的烧结条件下制备出了相对密度为99.98%、在0.25～6μm波段范围内最大光学透光率为42%（厚度为1mm）、硬度为13.3+0.82GPa的MgAlON透明陶瓷。微观结构分析显示该条件下烧结体结构致密,晶粒大小分布均匀且气孔较少,无第二相存在。 为获得晶粒尺寸细小,机械性能良好且光学性能优异的MgAlON透明陶瓷材料,本文尝试使用SPS快速烧结方法制备MgAlON透明陶瓷。研究了烧结温度、升温速率、保温时间、压力对烧结体性能的影响。结果表明,优化的制备工艺为烧结温度1600℃、升温速率100℃／min、压力60MPa、保温时间1min。该工艺条件下制备的样品相对密度为99.54%、0.25～6μm波段范围内最大光学透光率为72%（厚度为1mm）、硬度为14.17±0.30GPa。微观结构分析显示该条件下制备的烧结体结构致密、晶粒大小约1.5μm、尺寸分布均匀、无第二相存在。比较无压烧结样品可知,SPS制备工艺可以明显降低晶粒尺寸,提高样品硬度且可获得较高红外透过性能的样品。