尖晶石型AlON透明陶瓷的结构与性能
AlON粉体制备及透明陶瓷的烧结
参考文献
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ
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１ 实验
试验用原料为高纯ｙ－Ａ１２０３（＞９９．９７％）和活性Ｃ粉 （＞９７．５％）。将上述两种粉体按比例混合均匀后过粒 度小于７４¨ｍ的筛网，装入刚玉坩埚在流动氮气氛中 进行氮化还原反应。反应分两步进行：１５５０℃保温 １ ｈ，再１７５０℃保温０．５～４ ｈ。反应后的粉体还需进 行球磨预处理以削减团聚现象。球磨在国产 ＱＭ—ＩＳＰ４．ＣＬ行星球磨机上进行，使用聚氨酯球磨罐 和高纯Ａ１２０３磨球，球料混合比为１０：１，球磨介质为 无水乙醇。球磨转速为２００ ｒ／ｍｉｎ。球磨时间选用１０ 和２０ ｈ。
２．２粉体球磨处理
图３为球磨不同时间后的ＡＩＯＮ粉体的ＳＥＭ照 片。可以看出，粉体形貌和颗粒尺寸存在明显改变。 球磨１０ ｈ后粉体的颗粒形状不太规则且尺寸分布也不 均匀（图３ａ）。而２０ ｈ后颗粒明显细化，变得均匀及 等轴化，平均尺寸大约０．５ ｐｍ。在上述２个球磨时间 的粉体中均未发现颗粒的团聚现象。这样的粉体状态 对后续烧结有利。
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AlON陶瓷材料的研究进展
：
A 10 N
、
(阿 隆 )陶 瓷 材 料 具 有 优 良的 光 学 性 能
、
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本文综述 了 A
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合成及 应用
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尖晶石型结构的名词解释
尖晶石型结构的名词解释在材料科学领域中，尖晶石型结构是一种具有独特晶体结构的重要材料。
它的名称源自于其晶体的形状和排列方式，类似于尖晶石矿石的结构。
尖晶石型结构具有多种应用，包括电子、磁性、光学和催化等领域。
本文将对尖晶石型结构进行深入解释，并介绍它在不同领域的应用。
1. 尖晶石型结构的特征尖晶石型结构是指一类晶体结构，其晶胞中包含离子或原子的特定排列方式。
尖晶石型晶体通常由正十二面体和八面体堆砌而成，具有高度有序的结构。
在尖晶石型结构中，阳离子通常位于正十二面体的空隙中，而氧化物阴离子或其他阴离子则位于八面体的空隙中，形成了一种紧密堆砌的排列方式。
2. 尖晶石型结构的应用2.1 电子应用尖晶石型结构的材料在电子应用中具有广泛的用途。
例如，尖晶石型结构的氧化物是一类重要的半导体材料，可用于制造高效的电子器件。
此外，尖晶石型结构的材料还广泛应用于电池和电容器等能源存储设备中。
2.2 磁性应用尖晶石型结构的材料在磁性应用中也发挥着重要作用。
由于该结构具有复杂的磁性相互作用，尖晶石型材料通常具有良好的磁性性能，如高磁饱和磁感应强度和低磁滞回线损耗。
这使得它们成为制造磁记录介质、电机和变压器等设备的理想材料。
2.3 光学应用尖晶石型结构的材料还被广泛应用于光学领域。
该结构的特殊排列方式使得尖晶石型材料具有优异的光学性能，如高透明度、低色散率和良好的光学吸收特性。
因此，尖晶石型材料被用于制造透明陶瓷、激光器、红外光学元件等。
2.4 催化应用由于尖晶石型结构的材料具有独特的晶体结构和离子排列方式，使得它们在催化应用领域具有很好的性能。
尖晶石型材料通常具有高度可控的表面活性位点、大的比表面积和良好的催化稳定性。
这使得它们成为催化剂的理想选择，用于促进化学反应、清除有害气体和合成高附加值化合物等。
3. 结论尖晶石型结构是一种具有独特晶体结构的重要材料。
其特殊的排列方式使得尖晶石型材料在电子、磁性、光学和催化等领域都具有广泛的应用。
ALON
左边是AION1.6 英寸厚的金属
铝
三、AlON透明陶瓷的性能
影响因素
陶瓷是一种多晶材料，其性能不仅与材料的组成有关，而且与材料的 显微结构有密切关系。
微观结构：气孔，缺陷，晶界，第二相等
制备工艺：粉体的制备会直接影响烧结，而烧结过程直接影响陶瓷的 显微结构的晶粒尺寸和分布，气孔尺寸和分布，以及晶界体积分数等 参数，进而对性能产生重要影响。因此制备工艺从粉体制备到最后抛 光打磨处理对AlON透明陶瓷的性能有着不可忽视的影响，要想获得 性能优异的AlON透明陶瓷必须在每一道工序上都要认真设计。
后处理工艺 04
二、AlON透明陶瓷的制备工艺
粉体制备
透明陶瓷粉体制备要求:高纯,超细,粒径 分布范围窄,颗粒大小均匀。
制备AlON粉体的方法有：一是AlN和 Al2O3直接反应合成的固相反应法;二是 氧化铝还原氮化法，其还原剂通常有C、 Al、N H3和H2;三是使金属Al粉和氮的 氧化物通过燃烧反应生成AlON（自蔓 延法）;四是利用气态AlCl3和其它气体 通过气相反应获得。
一、AlON透明陶瓷简介源自ALON是一种多晶体，并且完全是透明的， 其晶粒大小为80～250微米。从外表看 ALON板就像蓝宝石，ALON的化学公式 为 Al(64+x)/3O32-xNx ， 式 中 的 X 可 以 从 2 到5。
二、AlON透明陶瓷的制备工艺
粉体制备 01
成型工艺
02
烧结工艺
03
其他
由于其耐磨性，可用作超市 及零售店的POS机扫描窗 口用材料；由于其抗化学腐 蚀性，可用作半导体工艺设 备用陶瓷材料，以及导弹电 磁导航系统、热喷涂层材料 和大口径大炮的点火装置等 。
四、AlON透明陶瓷的应用与发展
无压烧结制备AlON透明陶瓷的性能表征
无压烧结制备AlON透明陶瓷的性能表征
雷景轩;施鹰;石坚波;李雪
【期刊名称】《人工晶体学报》
【年(卷),期】2015(44)4
【摘要】以纳米氧化铝粉和微米C粉为原料,通过碳热还原法合成Al ON粉体,经无压烧结制备了Al ON透明陶瓷,并对其微观组织、力学、热学和光学等性能进行了表征。
结果表明：1875℃×24 h条件下无压烧结制备了平均晶粒尺寸为
110~120μm的Al ON透明陶瓷,其室温抗弯强度为（275±25）MPa,室温比热容和导热系数分别为0.781 J/（g·K）和12.3 W/（m·K）,该样品（1 mm厚）在1000~5000 nm波长范围内的直线透过率在80%左右,在3.93μm波长处光学透过率最高可达83.7%。
【总页数】5页(P976-980)
【关键词】Al;ON;无压烧结;抗弯强度;导热系数
【作者】雷景轩;施鹰;石坚波;李雪
【作者单位】上海大学材料学院电子信息材料系;上海玻璃钢研究院有限公司陶瓷研究室
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174
【相关文献】
1.热压烧结AlON透明陶瓷的烧结行为及性能 [J], 孙文周;陈宇红
2.MgO·1.5Al2O3透明陶瓷的无压/热等静压烧结制备 [J], 袁泽;王皓;涂兵田;刘鑫;许春来;王为民;傅正义
3.反应烧结制备AlON透明陶瓷 [J], 袁贤阳;张芳;刘学建;张昭;王士维
4.AlON粉体制备及透明陶瓷的烧结 [J], 张芳;王士维;张昭;袁贤阳
5.碳热还原氮化法合成AlON粉体的表征及透明陶瓷的制备 [J], 雷景轩;施鹰;石坚波
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透明AlON陶瓷研究现状及应用
陶瓷透明ＡｌＯＮ陶瓷研究现状及应用田庭燕杜洪兵孙峰姜华伟陈广乐刘妍彭珍珍（北京中材人工晶体有限公司北京１０００１８）摘要主要介绍透明氮氧化铝（Ａｌ（）Ｎ）陶瓷的研究进展。
对Ａｌ（）Ｎ的制备方法和应用傲了综述翱介绍‘．并对其发展前景和存在的问题作了展望与分析。
关键词透明陶瓷ＡＩ（）Ｎ制备应用ＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈＳｔａｔｕｓＱｕｏｏｆｔｈｅＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔＡＩＯＮＣｅｒａｍｉ缁ａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ【ＴｉａｎＴｉｎｇｙａｎ，ＤｕＨｏｎｇｂｉｎｇ，ＳｕｎＦｅｎｇ，ＪｉａｎｇＨｕａｗｅｉ．ＣｈｅｎＧｕａｎｇｌｅ。
ＬｉｕＹａｎ．ＰｃｎｇＺｈｅｎｚｈｅｎ（ＢｅｉｊｉｎｇＳｉｎｏｍａＳｙｎｔｈｅｔｉｃＣｒｙｓｒａｃｓＣｏ，Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００１８）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｅｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔＡｌｕｍｉｎｕｍｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ（ＡＩ（）Ｎ）ｃｅｒａｍｉｃｓ，ｉｎｅｌｕｄｉｎｇｏｆｌｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＡＩ（）Ｎ．．ＡｎｄｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆＡＩＯＮａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：“Ｆｒａｎｓｐａｒｅｎｔｃｅｒａｍｉｃｓ；Ａｌｕｍｉｎｕｍｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ；Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ１９８０年美国Ｒａｙｔｈｅｏｎ公司在军方资助下研制出透明ＡｌＯＮ陶瓷材料，作为一种日益引起人们广泛重视的新兴透明陶瓷材料，ＡｌｏＮ具有很好的光学透明性，从近紫外（Ｏ．２肛ｍ）到中红外（５．０弘ｍ）的平均光学透过率大予８０％；在毫米波频段，具有优良的介电性能（介电常数小于１０），损耗角正切小（在１ｍｎｌ波长处为０．０００２）；男外还具有优良的抗渣侵蚀性和抗渣渗透性［Ｊ一；良好的耐高温性，抗热震性和抗侵蚀性能。
所以在导弹窗口和头罩材料等领域获得日益广泛的应用。
AlON陶瓷材料的结构_性质及应用
AlON陶瓷材料的结构、性质及应用云斯宁1)蒋明学1)李勇2)刘建龙3)唐仕英1)王黎1)1)西安建筑科技大学材料学院 西安7100552)洛阳耐火材料集团有限责任公司3)金川公司第一冶炼厂摘 要 综述了A lON(阿隆)陶瓷材料的结构、性质、合成及应用情况。
认为AlO N陶瓷自身优异的性能特点决定了它无论作为功能材料还是作为结构材料,都具有广泛的应用潜能;同时指出,虽然目前A lON陶瓷的研究已经取得了很大的进步,但还需对其形成热力学过程、烧结机理、制备工艺等方面进行更深一步的研究。
关键词 阿隆,陶瓷材料,晶体结构随着冶金工业的发展,对耐火材料综合性能的要求越来越高。
A lON(氧氮化铝,也称阿隆)陶瓷具有良好的耐高温性、热震稳定性和抗侵蚀性能,可成为一种理想的高温结构陶瓷或近代耐火材料。
尽管人们对A lON体系进行了许多研究,但由于实验检测、热力学数据、相关系图等[1]诸多因素的影响,使得AlON陶瓷材料的大规模工业应用存在一定的困难,因而对其研究还有待于进一步深化,故本文对其结构、性质、合成及应用作简要的概述。
1 AlON陶瓷的结构从M cCauley修正的Lejus于1964年绘制的AlN-Al2O3假二元系相图[2]中可以看出,该体系有多种氧氮化铝相存在(见表1)。
其中 氧氮化铝尖晶石( AlON)是惟一一种表1 AlN-Al2O3假二元系氧氮化铝相项目x(AlN)/%分子式M X1)结构2H100AlN11纤维锌矿2)32H93.3Al16O3N141617纤维锌矿20H88.9Al10O3N81011纤维锌矿2H -->910纤维锌矿27R87.5Al9O3N7910纤维锌矿16H85.7Al8O3N689纤维锌矿21R83.3Al7O3N578纤维锌矿12H80.0Al6O3N467纤维锌矿AlON35.7Al23O27N52332尖晶石! AlON~21.0Al19.7O29.5N2.519.732尖晶石! AlON16.7Al22O30N22232尖晶石AlON10Al19O27N1928尖晶石Al ON7.1Al27O39N2740单斜刚玉0Al2O323刚玉1)阳离子与阴离子之比;2)组成中仅存在Al、O、N元素。
AlON透明陶瓷研究进展
AlON透明陶瓷研究进展作者：石坚波来源：《江苏陶瓷》2015年第02期摘要透明氮氧化铝（AlON）陶瓷具有优异的光学、力学、热学综合性能，在国防和商业众多领域内具有广阔的应用前景。
本文对AlON陶瓷的性能、合成方法和制备工艺、应用等方面的研究进展进行了综述，并对其未来的研究发展方向进行了展望。
关键词氮氧化铝（AlON）；透明陶瓷；制备进展；0 引言氮氧化铝（γ-AlON，简称AlON）是一种透明多晶陶瓷，它是一种全新的多晶红外材料，在可见光至中红外具有高的光学透过性能[1]。
它最大的优点是具有光学各向同性，且在中红外波段具有良好的透光率（在波长0.2 ～6.0 μm范围内透光率80%以上），且具有良好的物理、机械和化学性质，因而透明AlON陶瓷是导弹整流罩、红外窗口材料和防弹装甲材料的优选材料[2-3]。
基于AlON陶瓷在军事领域及商业领域中巨大的应用前景，AlON陶瓷材料开发研究已成为透明陶瓷材料研究开发的热点之一，美国已将AlON多晶陶瓷列为二十一世纪重点发展的光功能透明材料之一。
1 AlON陶瓷的性能AlON、蓝宝石（sapphire）和尖晶石（MgAl2O4）三种常用的中红外材料的性能对比如表1所示，可以看出，AlON陶瓷的光学性能与蓝宝石、尖晶石、氧化钇相当（中红外透光率>80%），而抗弯强度与蓝宝石接近（300MPa），明显高于尖晶石（190MPa）和氧化钇（160MPa）。
由于蓝宝石单晶窗口材料的制备成本非常高，且大尺寸很难制备，而AlON陶瓷则可以通过先进陶瓷制备方法实现大尺寸及复杂样品的制备，并具有光学各向同性的优点，因此AlON陶瓷已成为高性能双模天线罩和中红外窗口的首选材料。
剂通常有C、Al、NH3和H2，而Al2O3碳热还原氮化法制备AlON粉末是一种最常用方法，其化学反应式如式（2）所示：Al2O3（s）+C（s）+N2→AlON（s）+CO （2）Zheng J[6]和Maguire[7]选用合适的氧化铝与碳的配比，通过两步法升温合成了纯相AlON 粉体。
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尖晶石型AlON透明陶瓷的结构与性能姓名：卢刚班级：材研1005 学号：104972100244摘要：尖晶石型氮氧化铝（AlON)是A12O3-AlN体系的一个重要的单相、稳定的的固溶体陶瓷，它以其独特的性能成为颇具潜力的新材料。
AlON陶瓷具有优良的光学、物理、机械和化学性质，特别是它所具有的各向同性，高温烧结可制成透明陶瓷，因而是耐高温红外窗和罩的优选材料。
本文介绍了AlON陶瓷的研究进展、组成与结构、以及AlON陶瓷的相关性能。
关键词：氮氧化铝；透明陶瓷；尖晶石型；研究进展；组成与结构；性能Abstract：T he spinel aluminum oxynitride (AlON) is an important single-phase ,stable solid solution ceramic of A12O3-AlN system, and has become a quite potential new material with unique performances . there are some excellent optical ,physical, mechanical and chemical properties of AlON ceramics, in particular which can be sintered into the transparent one for its isotropy, it is the optimum material for the infrared windows and covers to resist high temperature.In this paper, the research progress、composition、structure、and the properties of AlON ceramics are introduced.Key words: aluminum oxynitride transparent ceramics spinel research progress composition structure properties1 透明AlON陶瓷的研究进展尖晶石型氮氧化铝(AlON)是A1203-AlN体系的一个重要的单相、稳定的的固溶体陶瓷，氮氧化铝的诸多特点决定了它是制备透明陶瓷难得的材料。
它为立方尖晶石晶体结构，空间群为Fd3m，点群为m3m，即AlON具有各向同性的光学性能；AlON具有很高的强度(380Mpa)和硬度(1950kg／mm2)；它的透光范围宽，从紫外区的0.2um一直到红外区的6.0um处，此外，作为多晶陶瓷，它比单晶蓝宝石更容易制得大尺寸部件，而且用传统的陶瓷制备技术就可以制得形状复杂的透明部件，这大大降低了成本。
因此AlON在透明装甲和许多光学领域是非常有用的材料。
大炮弹膛的窗口要承受激光能，AlON也可用在大口径大炮的点火装置。
由于它具有优良的光学、力学和化学性能，因而成为颇具潜力的新型材料。
另外，AlON具有良好的耐高温性、热震稳定性和抗侵蚀性能，因而可作为一种理想的耐火材料；高纯、致密的AlON陶瓷具有透光性，且由于其具有光学各向同性，在0.2～0.6um光波波段最高理论透过率可达80％以上，所以AlON透明陶瓷是耐高温红外窗口和头罩的优选材料．Yamaguchi于1946年首次证实似γ-AlON是温度高于1000℃时能稳定存在的一种尖晶石型AlON。
从Ymnaguclfi等人发现并证实尖晶石型AlON存在至今，还未能精确地确定尖晶石型AlON(γ-AlON)的固溶区范围，但所有研究者一致认为其固溶区内并不包括一般公认的典型尖晶石结构组成的AION即A13O3N(A123-AlN)。
2 AlON陶瓷的组成与结构迄今为止，从Mccaule修正的Le．jus于1964年绘制的AlN-A1203假二元系相图中可以看出，AlN-A1203二元系中有多种氮氧化铝相存在。
根据其晶体结构，这些相大致可被划分为两组：一组属纤维锌矿结构(Wurrtzite structure)，另一组属尖晶石结构(Spinel structure)。
Mccauley从晶体化学角度，分析了尖晶石型氮氧化铝的晶体结构和相应组成。
α-AlON和φ-AlON是摩尔组成分别为35.7％AlN和16.7％AlN的两种理想尖晶石型氮氧化铝。
实际上，在AlN-A120 3系统内氮氧化铝存在一个较宽的固溶区，其摩尔组成在25％AlN周围区域内，但不同研究者报道的组成范围不同，一般称这种尖晶石型氮氧化铝为γ-AlON。
Corbin等人发现γ-AlON经氧化后组成虽发生变化，但仍保持尖晶石型结构，后称γ′-AlON。
δ-AlON是另一种尖晶石型氮氧化铝，其摩尔组成范围在4％～12％AlN，表中给出了一种组成的δ-AlON。
φ-AlON是Michel发现的单斜系氮氧化铝。
在AlN-A1203二元系统中，尖晶石型丫一氮氧化铝(γ-AlON)是唯一一种潜在的具有广泛应用前景的氮氧化铝材料。
3 AlON陶瓷的性能3.1 AlON陶瓷的抗氧化性能AlON的抗氧化性实验表明：无论使用原始粉料还是烧结试样，都在870℃时开始氧化，粉料在1300℃温度时完全氧化，而烧结试样在l500℃下保温2h之后，氧化没有结束，在10h后结束。
观察发现，烧结试样严重破坏，且发生了剥落和裂纹。
前者的原因是发生了反应AlON+02一A123+N2。
AlON颗粒发生剥落(因而在高温下AlON只能隔绝氧使用)；后者的原因是从立方晶格型AlON转变成三角形刚玉结构的过程中，由于试样内部温度梯度大，晶格择优取向引起热膨胀的各向异性，在冷却时产生应力，导致剥落和裂纹。
Stockholm大学的郑捷等研究了AlON粉末(1～3um)的氧化行为：在大气中，低于600℃时AlON是稳定的。
在1200℃时只需几个小时即可完全氧化，而在中间温度的大气和氧气中，其成分一时间曲线呈“S”形，并认为其氧化行为是从生核开始的，有明显的孕育期。
在充有氩气的实验环境下，将AlON致密试样在1 550℃的环境中4h的热处理，试样的质量没有发生变化，XRD分析也证明其相组成没有发生变化。
在试验温度范围内，AlON在氩气保护下是稳定的，不发生热分解。
3.2 AlON陶瓷的热稳定性对于尖晶石型氮氧化铝的热稳定性存在两种不同的观点，Dorner认为AlON为不一致熔融化合物，熔点温度为2000℃，在1600℃以下分解为AlN和A1203，而Kaufman认为该氮氧化铝为一致熔融化合物，熔点温度1940℃，并可以稳定至室温，且Kaufman的热力学计算结果与其实验数据比较相符。
近来，Zych E等人在中性气氛和还原气氛中系统地研究了尖晶型A10N相的热稳定性，发现尖晶石型AlON相仅在1640℃以上稳定存在，低于此温度时不稳定，分解为AlN和A1203。
李亚伟、李楠等人也发现，通过反应烧结氮化铝和氧化铝也很难在1650℃以下合成AlON，而在碳热还原过程中AlON相却能在低于1650℃下出现，但也有高于此温度发现AlON相的报道，引用Kaufman的热力学数据计算后发现，在任何温度下，AlON相的稳定相区，相对于其它凝聚相相区均比较窄小，受其周围气氛的影响，很容易转变成相邻的凝聚相，这可能是很多研究者在碳热还原法合成氮化铝过程中的，不同温度区间发现AlON相存在的主要原因。
3.3 AlON陶瓷的硬度采用维式金刚钻在室温下对试样进行硬度测量，5N的试验负荷下，其硬度分别为10.6GPa及14.1GPa。
与压入法硬度试验(压痕)相比，在一定试验载荷下，两者都会产生裂纹(这将导致较低的裂纹韧性)，但前者的裂纹韧性较低。
如果使用较纯的粉料，则有望提高其硬度。
4结束语尖晶石型氮氧化铝(AlON)是A1203-AlN体系的一个重要的单相、稳定的的固溶体陶瓷，氮氧化铝的诸多特点决定了它是制备透明陶瓷难得的材料。
由于它具有优良的光学、力学和化学性能，因而成为颇具潜力的新型材料。
另外，AlON 具有良好的耐高温性、热震稳定性和抗侵蚀性能，因而可作为一种理想的耐火材料；高纯、致密的AlON陶瓷具有透光性，且由于其具有光学各向同性，在0.2～0.6um光波波段最高理论透过率可达80％以上，所以AlON透明陶瓷是耐高温红外窗口和头罩的优选材料。
AlON陶瓷有很好的抗氧化性能、热稳定性能以及其它一些优良性能。
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