透明氧化铝陶瓷的研究新进展

氧化铝陶瓷是第一个实现透明化的先进陶瓷材料,拓展了先进陶瓷材料的研究和应用领域;并作为高强度气体放电灯的关键部件——电弧管而获得实际应用.近半个世纪以来,人们在提高透过率的理论研究和优化制备工艺方面取得了众多成果.本文对影响氧化铝透过率的本征因素进行分析,综述了近年来透明氧化铝陶瓷发展的最新研究进展,主要包括亚微米晶透明氧化铝、晶粒定向透明氧化铝以及固态晶体生长法获得氧化铝单晶三个方面,最后展望了透明氧化铝陶瓷的发展趋势.

硫酸铵盐制备氧化铝粉体及透明氧化铝陶瓷的微观结构

通过X射线衍射及扫描电镜,对在生产线上硫酸铵盐制得的类球形高纯氧化铝粉体进行了表征,并探讨了粉体表观特征对透明氧化铝陶瓷微观结构的影响。结果表明:在温度超过1200℃时,获得的氧化铝粉体为三方α-Al_2O_3类球形晶粒,粉体中未发现γ-Al_2O_3。粉体的比表面积对陶瓷的烧成收缩有重要影响。采用干压成型时,具有适当低的比表面积的粉体制备透明氧化铝陶瓷时,有利于稳定其晶相结构,晶粒尺寸与粉体的比表面积有一定的关系。

透明氧化铝陶瓷制备的研究进展

氧化铝陶瓷是第一个实现透明化的先进陶瓷材料,拓展了先进陶瓷材料的研究和应用领域;并作为高强度气体放电灯的关键部件—电弧管而获得实际应用。近半个世纪以来,人们在提高透过率的理论研究和优化制备工艺方面取得了众多成果。本文论述了影响透明氧化铝陶瓷透光性的各种因素,并且从氧化铝粉体、烧结助剂的选择及作用和烧结工艺等三方面综述了近年来国内外关于氧化铝陶瓷研究的工作与进展,对氧化铝透明陶瓷的制备进行了较为系统的综述,最后展望了透明氧化铝陶瓷的发展趋势。

流延成型法制备透明氧化铝陶瓷烧结性能的研究

采用流延成型法制备透明氧化铝陶瓷坯片,然后在氢气保护的高温电炉中烧结制备出性能优良的透明氧化铝陶瓷。系统研究了排胶升温速率、固相含量、烧结助剂等工艺参数对透明氧化铝陶瓷烧结性能的影响。分别采用高温综合热分析仪、扫描电子显微镜和紫外-可见分光光度计测试差示扫描量-热重曲线、SEM图和总透光率。实验结果表明:排胶升温速率1℃/min;固相含量55vol.%;烧结助剂Mg(NO3)2、Y(NO3)3、La(NO3)3配比为5M+3Y+3L时可制备出总透光率为73.5%的透明氧化铝陶瓷。

溶胶凝胶法制备透明氧化铝薄膜及光学性能

以异丙醇铝为先驱体，采用溶胶凝肢方法制备了透明氧化铝薄膜；并采用DTA-TG，XRD，UV-vis分光光度计和PL光谱等测试手段对氧化铝薄膜进行表征。研究结果表明，氧化铝薄膜（膜厚为100μm）在紫外到近红外范围内具有高的透射性，750℃热处理后氧化铝薄膜的光透射性最好；氧化铝薄膜在360-600nm波长范围具有一个宽的蓝色发光带，且氧化铝膜的光致发光强度和峰位与热处理温度和激发光波长有关，在345nm波长激发下，500℃热处理后象秒．铝薄膜的发光强度最强；氧化铝薄膜的蓝色发光由氧空位缺陷（F^＋色心）引起。

凝胶铸成型亚微米级透明氧化铝光学性能研究

多晶半透明氧化铝陶瓷作为高压钠灯灯管和各种窗体材料等已在实际生产中得到广泛应用。但由于其强度低、耐腐蚀和透光性差无法满足新一代陶瓷金属卤素灯灯管高强度、高透明和耐腐蚀的要求。以高纯超细氧化铝粉作为原料,采用凝胶铸成型,并经过低温无压烧结和热等静压后处理,制备出了高强度亚微米级透明氧化铝陶瓷,实验表明该陶瓷在可见光区的全透比可达到75%,直线透过率最高可以达到37%。研究还发现无压预烧结温度对材料的微观缺陷以及最终的光学性能会产生重要的影响。

透明氧化铝陶瓷的制备和体视学在其性能表征中的作用

采用传统无压烧结工艺在氢气氛下制备透明氧化铝陶瓷.结果表明,适量氧化镁和镁铝尖晶石都能有效改善Al2O3陶瓷烧结性能,适当延长保温时间有利于样品体积密度的增加,但是掺杂微量氧化镁更有利于透过率的提高.采用体视学方法首次预测了透明氧化铝陶瓷透过率的相对高低,预测的结果和实际测得的透过率相对高低一致.

基于注射成型并三步烧结法制备透明氧化铝陶瓷

本文采用注射成型制备氧化铝坯体,并用三步烧结法获得了完全致密的透明氧化陶瓷。研究了直线透光率与烧结方法,微观结构的关系。结果表明基于注射成型并采用三步烧结方法制备的氧化铝陶瓷没有晶粒异常长大,总透光率和直线透光率分别达到了71%和50.8%。用三步烧结法制备的氧化铝陶瓷直线透光率比一步法制备的氧化铝陶瓷要高25.8%。

放电等离子烧结技术制备透明氧化铝陶瓷

采用放电等离子烧结技术(SPS)制备了透明氧化铝陶瓷,研究了样品在模具内部的位置对其光学性能的影响,结果表明,在模具中心处样品的直线透过率最高(波长为640nm时为51%,波长为2000nm时为84%),这主要是由于模具内部温度分布不均引起样品晶粒尺寸不同所致。

透明氧化铝陶瓷金属化与封接实验研究

本文采用传统的活化Mo-Mn法对透明氧化铝陶瓷进行了金属化与封接实验。结果表明,传统的活化Mo-Mn法可以实现透明氧化铝的金属化,并能够获得气密、可靠的陶瓷-金属封接件。金属化层与陶瓷之间的结合主要来源于金属化层中的玻璃态物质对陶瓷表面良好的润湿性。

阳极氧化法制备透明氧化铝薄膜的研究

以铝箔为阳极,石墨为阴极,草酸为电解液,采用二次阳极氧化法制备透明氧化铝薄膜。采用金相显微镜观察一次阳极氧化和二次阳极氧化后氧化铝薄膜的表面形貌,并用X射线衍射仪对氧化铝薄膜结构进行表征。结果表明,二次阳极氧化工艺对氧化铝薄膜的质量有重要的影响。采用退火-除油-浸蚀-电化学抛光-一次阳极氧化-二次阳极氧化工艺,并严格控制工艺参数,可以制备结构良好的透明氧化铝薄膜,且氧化铝薄膜是非晶态结构。

浸渗掺杂技术在制备半透明氧化铝陶瓷中的应用

实验证实了可以使用液相前驱体浸渗技术来均匀引入添加剂和制备半透明氧化铝陶瓷。首先在不同的浸渗条件下使用硝酸钇的水溶液浸渗了预烧的氧化铝坯体。通过线扫描表征了沿坯体厚度方向上的钇元素分布情况,发现当试样厚度更小,溶液浓度更低时,钇元素分布更加均匀,而且引入量的调控也更为精确。通过假设气孔被溶液完全填充,提出了预测浸渗引入理论量的公式。最后使用浸渗方法制备了透明氧化铝陶瓷,发现与球磨制备的样品相比,浸渗制备的材料显微组织更为均匀,透光性能也更好。

烧结助剂(Y^(3+)、La^(3+)和Mg^(2+))对半透明氧化铝陶瓷的透光率的影响（英文）

通过化学沉淀法引入烧结助剂Y^(3+)、La^(3+)和Mg^(2+),采用真空烧结工艺制备了半透明Al_2O_3陶瓷,并研究了烧结助剂对烧结材料的微观结构、相对密度和透光率的影响。结果表明:引入的烧结助剂能均匀分散在合成的半透明Al_2O_3陶瓷中。烧结助剂的最佳引入量为Mg^(2+)(0.15wt%)、Y^(3+)(0.05wt%)和La^(3+)(0.05wt%),对应的试样在350~800 nm的波长范围内显示出的最高的总透光率(TFT)高于80%。此外,Y^(3+)的掺杂可以促进晶粒生长,降低孔隙率,从而提高半透明Al_2O_3陶瓷的透光率。

烧结工艺对透明氧化铝陶瓷性能的影响

以Isobam600AF为分散剂,Isobam104为胶黏剂,采用注凝成型工艺和真空无压烧结技术,通过改进两步烧结法制备了透明氧化铝陶瓷,探究了不同烧结温度和保温时间对氧化铝陶瓷晶粒尺寸、致密度、光学性能和力学性能的影响.结果表明:该烧结工艺可有效控制晶粒尺寸长大和提高相对密度,进而提高其光学性能和力学性能.在烧结过程中,当温度升高到一定范围时,致密化过程开始,且致密化速率随着温度的升高和保温时间的延长先增加后降低,在两步烧结1 400℃保温3 h时致密化速率达到最快.因此,坯体的致密化过程是非线性的,且具有一个最高致密化速率温度和保温时间点.

多晶透明氧化铝陶瓷晶相结构及光谱特性的研究

以不同形貌的高纯氧化铝粉体及典型的氧化镁添加剂为原料,采用固相反应烧结法制备多晶透明氧化铝产品。运用SEM、能谱分析仪、光谱分析仪等手段,研究了多晶透明氧化铝晶体结构的影响因素和光谱特性。结果表明,组成球形状态的粒子,在后期烧结过程中更容易形成六面形晶体结构;低比表面积的粉体在后期加工中容易分散,晶体形状和结构更稳定,工艺易于控制;外加剂氧化镁在小于1 700℃时在晶界能比较高的非{0001}面生成镁铝尖晶石,从而对六边形晶体形状起到钉扎作用,有利于形成均匀的晶相结构;对于有定量添加剂的透明氧化铝陶瓷,380～780nm的可见光谱范围为透光率最高区,780～1 000nm为近红外次透过区。

MgO对快速烧结制备氧化铝透明陶瓷光学性能的影响

采用真空快速烧结制备氧化铝透明陶瓷,研究了添加剂MgO对氧化铝透明陶瓷烧结致密化及透光性能的影响。研究表明,添加剂MgO以富Mg的纳米颗粒在晶界区的钉扎作用有效地抑制了晶粒长大,同时短时烧结在动力学上也抑制了晶粒的长大。通过对材料透光性能的分析,基于Rayleigh-Gans-Debye光散射模型提出了理论气孔率Pt、等效气孔率Pe的概念,用以定量分析添加剂MgO对多晶氧化铝透明陶瓷透光性能的影响。拟合结果显示等效气孔率Pe与MgO添加量满足二次多项式函数关系。当MgO添加量为0. 075wt%时,理论气孔率最低,等效气孔率适中,透光性能最好。

整体式半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳材料的制备工艺技术

分析陶瓷金属卤化物灯性能和市场需求;较详细地分析整体式半透明氧化铝陶瓷泡壳的生产技术;介绍陶瓷泡壳的注浆成形技术,对其特点进行阐述。

透明AlON陶瓷的发展现状和挑战

氮氧化铝透明陶瓷是备受关注的材料,广泛应用于商业和军事领域,如红外和可见光窗口、透明装甲等方面。最近几年,氮氧化铝透明陶瓷得到了快速发展,出现新的制备方法、新的烧结助剂及新的应用领域。然而,目前还没有系统的、最新的相关综述。此外,氮氧化铝透明陶瓷还存在一些未解决的问题和新的挑战,严重阻碍其商业化应用。因此,本文作者全面介绍氮氧化铝陶瓷的制备方法,包括高温固相反应法、氧化铝还原氮化法、化学气相沉积法和溶胶凝胶等方法,并对这些制备方法的优缺点进行比较分析。此外,系统地总结烧结助剂和烧结工艺对氮氧化铝透明陶瓷透光性的影响。最后,对氮氧化铝透明陶瓷面临的挑战和发展趋势进行讨论和展望。

高纯度氧化铝粉体颗粒细化对烧结致密化及透光性能的影响

以法国Baikowski公司高纯度氧化铝粉体为参照,选取大连瑞尔精细陶瓷有限公司产超高纯度氧化铝粉体为研究对象。采用研磨处理,以改善国产氧化铝粉体的形貌、粒径及其分布。分别采用硅钼电炉中常压烧结和真空气氛下在1850℃烧结2种不同的烧结方式评价了研磨后粉体的烧结性能和用于制备半透明氧化铝陶瓷的可行性。结果表明:经过研磨改性处理后,粉体的粒径分布和比表面积接近于法国粉体;在1600℃常压烧结得到的氧化铝陶瓷达到理论密度的97%,具有均一的晶粒尺寸(～5μm)。添加MgO为烧结助剂,在真空下烧结得到了半透明氧化铝陶瓷,在波长为200～1100nm范围直线透过率最大值达到16%。