中國(guó)粉體網(wǎng)訊  氮氧化鋁(AlON)透明陶瓷具有強(qiáng)度高、硬度大、耐腐蝕、熱震性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)透波范圍大、直線透過率大，因此在國(guó)防和民用眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，被美國(guó)軍方評(píng)為“21世紀(jì)最重要的國(guó)防材料之一”。

AlON、藍(lán)寶石（sapphire）和尖晶石（MgAl₂O₄）三種常用的中紅外材料的性能對(duì)比如表1所示，可以看出，AlON陶瓷的光學(xué)性能與藍(lán)寶石、尖晶石、氧化釔相當(dāng)（中紅外透光率＞80%），而抗彎強(qiáng)度與藍(lán)寶石接近（300MPa），明顯高于尖晶石（190MPa）和氧化釔（160MPa）。由于藍(lán)寶石單晶窗口材料的制備成本非常高，且大尺寸很難制備，而AlON陶瓷則可以通過先進(jìn)陶瓷制備方法實(shí)現(xiàn)大尺寸及復(fù)雜樣品的制備，并具有光學(xué)各向同性的優(yōu)點(diǎn)，因此AlON陶瓷已成為高性能雙模天線罩和中紅外窗口的首選材料。

表1常用的中紅外材料性能對(duì)比

由于受本身的強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)和低自擴(kuò)散系數(shù)影響，AlON在無外場(chǎng)輔助情況下通常需要在2000℃以上長(zhǎng)時(shí)間燒結(jié)，否則很難使其達(dá)到完全致密。目前，研究者主要從3個(gè)方面入手解決這一問題：①合成納米AlON粉體，提高燒結(jié)活性；②在無壓燒結(jié)的基礎(chǔ)上，借助摻雜燒結(jié)助劑，通過液相或半液相燒結(jié)促進(jìn)氣孔排除，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)體的致密化；③在壓力輔助下進(jìn)行燒結(jié)，如采用熱壓、熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)。

粉體合成方法

AlON粉末及AlON陶瓷的合成方法主要有高溫固相反應(yīng)、氧化鋁還原氮化兩種方法。

①高溫固相反應(yīng)法

高溫固相反應(yīng)法一般是將一定配比的AlN、Al₂O₃粉混合，在高于1650℃溫度及氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下，保溫一定時(shí)間制備AlON粉末或陶瓷，其反應(yīng)式如式下所示：

高溫固相反應(yīng)法的最大優(yōu)點(diǎn)是原料容易獲得，工藝簡(jiǎn)單易行，適于規(guī)模生產(chǎn)。

②氧化鋁還原氮化法

氧化鋁還原氮化制備γ-AlON粉末及AlON陶瓷的還原劑通常有C、Al、NH₃和H₂，而Al₂O₃碳熱還原氮化法制備AlON粉末是一種最常用方法，其化學(xué)反應(yīng)式如式下所示：

氧化鋁還原氮化法制備AlON陶瓷的原料成本低，適合工業(yè)化生產(chǎn)，制備工藝較復(fù)雜，但制備的陶瓷透光率較好。

AlON陶瓷的制備工藝進(jìn)展

AlON陶瓷主要有無壓燒結(jié)法、熱壓法以及最新出現(xiàn)的放電等離子燒結(jié)法、微波燒結(jié)法等。

①無壓燒結(jié)

無壓燒結(jié)是制備透明陶瓷的傳統(tǒng)方法，可以低成本大量生產(chǎn)各種尺寸和形狀的產(chǎn)品，是目前AlON陶瓷研究最多的制備方法。

②熱壓燒結(jié)

熱壓燒結(jié)是指在燒結(jié)過程中施加一定的壓力，使材料致密化的燒結(jié)工藝，適合制備簡(jiǎn)單形狀的產(chǎn)品。

③微波燒結(jié)

微波燒結(jié)（Microwave Sintering）是一種材料燒結(jié)工藝的新方法，可以實(shí)現(xiàn)材料整體加熱來實(shí)現(xiàn)陶瓷的燒結(jié)。

④放電等離子燒結(jié)

放電等離子燒結(jié)方法（SPS,Spark Plasma Sintering）采用脈沖電流加熱，可以實(shí)現(xiàn)快速升溫和陶瓷短時(shí)間燒結(jié)。

綜上所述，無壓燒結(jié)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀和高透光性陶瓷的制備，是實(shí)現(xiàn)AlON透明陶瓷應(yīng)用的重要制備方法。熱壓燒結(jié)制備的陶瓷可獲得較高透光性，但是由于工藝特點(diǎn)的限制難以制備復(fù)雜形狀的樣品，而微波燒結(jié)和等離子體快速燒結(jié)難以制備高透光性的AlON陶瓷。

AlON透明陶瓷具有優(yōu)異的光學(xué)特性和機(jī)械性能，使其不僅在軍事領(lǐng)域有重要作用，而且在商業(yè)領(lǐng)域內(nèi)也有廣闊的市場(chǎng)前景，這從根本上推動(dòng)了AlON透明陶瓷的研究。但是我國(guó)目前的研究水平和市場(chǎng)開發(fā)與國(guó)外還有較大差距，未來在整個(gè)制備工藝的改進(jìn)和提高上，特別是加大對(duì)復(fù)雜形狀制品的研制方面，還需要繼續(xù)探索，以形成成熟穩(wěn)定的制備工藝。

參考來源：

盧帥.透明 AlON 陶瓷的研究進(jìn)展與展望

石堅(jiān)波.AlON 透明陶瓷研究進(jìn)展

陳鳳. AlON 透明陶瓷的研究進(jìn)展

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！