Al2O3/C混合粉体吸光度对AlON粉体及其透明陶瓷性能的影响

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尖晶石型γ-AlON是一种同时兼具优异透光性和良好力学性能的结构—功能一体化透明陶瓷材料,可广泛用作先进载运装备的透明窗口。目前AlON的制备广泛采用两步法,即先合成AlON粉体,再烧结制备AlON透明陶瓷。其中AlON粉体的性能是影响后续透明陶瓷烧结制备的关键。本文从合成AlON粉体的原料入手,研究混合原料粉体吸光度及合成工艺对AlON粉体及其透明陶瓷性能的影响规律。以纳米级氧化铝和活性炭为原料(活性炭含量为5.6 wt.%),利用球磨方法制备具有不同吸光度的A1203/C混合粉体,再依据吸光度选取特征混合粉体,在不同合成工艺条件下研究混合粉体吸光度对AlON粉体性能的影响规律。最后,采用无压烧结技术在1880 ℃保温150 min工艺下制备AlON透明陶瓷,研究混合原料粉体的吸光度及粉体合成工艺对AlON透明陶瓷透光性的影响规律。原料粉体混合球磨工艺研究表明,通过调控磨球填充比、球料比、液固比、球磨机转速和球磨时间等参数,可以制备出吸光度不同的原料混合粉体。选择吸光度分别为0.8、1.0、1.2和1.4的四种特征原料混合粉体,进一步的AlON粉体合成工艺研究表明:较高原料混合粉体吸光度有利于在较低温度、较短保温时间条件下合成O/N较低的纯相AlON粉体,且该粉体球磨后颗粒尺寸较均匀、细小;当原料混合粉体吸光度较低时,在较低温度或较短保温时间条件下合成的粉体中易存在A12O3残余,该粉体O/N偏高;以吸光度较低的混合粉体合成的AlON粉体,经球磨后,含尺寸较大的颗粒。无压烧结制备AlON透明陶瓷研究表明:AlON透明陶瓷的O/N显著低于其粉体的O/N,O/N的最大降低幅度可达8左右,表明在无压烧结过程中AlON被继续氮化。吸光度为0.8和1.0的原料混合粉体,于1775 ℃保温30 min或1750 ℃保温60 min合成的AlON粉体O/N可达8-10左右,烧结制备的透明陶瓷O/N约为5.4,与尖晶石型AlON的理论O/N相近,该陶瓷透过率最高达79%。
摘要第5-6页
ABSTRACT第6-7页
第1章 绪论第10-21页
    1.1 课题背景第10页
    1.2 AlON透明陶瓷的结构与性能第10-15页
        1.2.1 AlON透明陶瓷结构第10-13页
        1.2.2 AlON透明陶瓷性能及应用第13-15页
    1.3 影响AlON透明陶瓷透光性因素第15页
    1.4 AlON透明陶瓷的制备第15-18页
        1.4.1 AlON粉体的合成第16-17页
        1.4.2 AlON透明陶瓷的烧结第17-18页
    1.5 原料混合粉体对陶瓷性能的影响第18-19页
        1.5.1 粉体对陶瓷化学均匀性的影响第18-19页
        1.5.2 粉体对陶瓷烧结工艺的影响第19页
        1.5.3 粉体对陶瓷性能的影响第19页
    1.6 研究内容及主要目的第19-21页
第2章 实验方法第21-26页
    2.1 原材料与实验设备第21-22页
        2.1.1 原材料第21页
        2.1.2 实验设备第21-22页
    2.2 实验方案第22-24页
        2.2.1 不同吸光度原料混合粉体的制备第22-23页
        2.2.2 AlON粉体的合成第23-24页
        2.2.3 无压烧结制备AlON透明陶瓷第24页
    2.3 性能表征第24-26页
第3章 氧化铝和活性炭粉体球磨工艺研究第26-36页
    3.1 球磨工艺对混合粉体吸光度的影响第26-31页
        3.1.1 磨球填充比研究第26-27页
        3.1.2 球料比研究第27-28页
        3.1.3 液固比研究第28-29页
        3.1.4 球磨机转速研究第29-30页
        3.1.5 球磨时间研究第30-31页
    3.2 球磨工艺优选第31-34页
    3.3 本章小结第34-36页
第4章 吸光度对AlON粉体性能的影响第36-46页
    4.1 合成粉体颜色及物相组成第36-41页
        4.1.1 粉体颜色第36-38页
        4.1.2 物相组成第38-41页
    4.2 球磨后粉体形貌第41-43页
    4.3 合成粉体的氧氮比第43-45页
    4.4 本章小结第45-46页
第5章 吸光度及AlON粉体合成工艺对透明陶瓷性能的影响第46-71页
    5.1 AlON粉体合成温度对透明陶瓷性能的影响第46-58页
        5.1.1 物相组成第46-47页
        5.1.2 相对密度第47-48页
        5.1.3 断口形貌第48-51页
        5.1.4 透光性第51-55页
        5.1.5 氧氮比第55-56页
        5.1.6 晶粒尺寸及分布第56-58页
    5.2 AlON粉体合成时间对透明陶瓷性能的影响第58-70页
        5.2.1 物相组成第58-59页
        5.2.2 相对密度第59-60页
        5.2.3 断口形貌第60-63页
        5.2.4 透光性第63-66页
        5.2.5 氧氮比第66-68页
        5.2.6 晶粒尺寸及分布第68-70页
    5.3 本章小结第70-71页
        5.3.1 合成AlON粉体时保温时间相同(30 min)第70页
        5.3.2 合成AlON粉体时合成温度相同(1750℃)第70-71页
第6章 结论第71-72页
参考文献第72-75页
致谢第75页
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