[发明专利]低成本制备γ-氧氮化铝透明陶瓷粉末的方法

说明书

技术领域

本发明涉及低成本制备γ-氧氮化铝透明陶瓷粉末的方法，该陶瓷粉末可使用于制备透明陶瓷部件。

背景技术

γ-氧氮化铝(AlON)具有尖晶石型的晶体结构。这种立方形的晶体结构使得人们可以制备出透明γ-氧氮化铝陶瓷。这种陶瓷具有优异的光学性能、介电性能和机械性能。光学性能方面：γ-AlON透明陶瓷从紫外到近红外波段都具有良好的透过率，其理论透过率可达80％以上。而其机械性能则可以和蓝宝石相媲美。

目前制备γ-AlON透明陶瓷的方法主要有两种。其一：将氧化铝和氮化铝混合后直接进行反应烧结。目前此种方法主要处于实验阶段，所得到γ-AlON陶瓷的透过率不高，还不能满足应用要求。另一种方法则是先制备出γ-AlON粉体，再将所得粉体成型后进行烧结。美国Sur met公司正是采用此种方法制备出具有优异性能的γ-AlON透明陶瓷。

Ishe-Shalom 和Rafaniello and Cutler(Am，.Cer.So c，64，C-128，1981)描述了采用碳热还原氮化Al₂O₃粉体制备γ-AlON粉体，该方法是将Al₂O₃粉体和碳粉按一定比例混合后在氮气氛下于高温制备出Al₂O₃和AlN的混合粉体，再继续升温使Al₂O₃和AlN反应以制备γ-AlON粉体。采用这种方法制备出的粉体含有残留碳，而使得产品呈灰色，降低了产品的透过率。

美国专利US Pat. No.4,686,070和英国专利GB2,150,219A报道了一种对高纯的γ-氧化铝粉体进行碳热还原氮化，得到氧化铝和氮化铝的混合物。再将其加热反应得到γ-AlON粉体。此种方法得到的粉体团聚严重，颗粒粗大，难于成型，也不利于烧结。法国专利FR-2,556,711、美国专利U S Pat. No.4,720,362、U S Pat. No.5,688,730、日本专利JP 1,128,001A、JP58,074,577A、和中国专利C N1096021A以氧化铝和氮化铝为原料各自制备出了相应的γ-AlON粉体。这些方法都用到了氮化铝粉体。而氮化铝粉体价格较高，因而提高了γ-AlON粉体的制备成本。美国专利US Pat.No.6,955,798报道了采用粒径为45～425μm的金属铝粉、比表面积为82m²/g的γ-氧化铝与α-氧化铝粉体，在氨气下的搅拌球磨机中球磨40小时，使其中的Al氮化成AlN，然后在氮气气氛下于高温热处理得到γ-AlON粉体。这种方法操作复杂，对所需设备的要求较高。

上述方法除了途径不同外，都是先得到氧化铝和氮化铝的混合物后再制备γ-AlON粉体。为了避免残余碳，就应避免采用碳热还原氮化法，而要降低成本则应避免直接采用氮化铝粉以及采用复杂的设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本制备γ-氧氮化铝陶瓷粉末的方法，该方法简单而易操作、对设备要求低、所用原料价格低廉，所得到的γ-氧氮化铝粉体分散均匀，纯度高，不存在残余碳的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种低成本制备γ-氧氮化铝陶瓷粉末的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)按金属铝粉30～38％，γ-氧化铝或这种氧化铝的前躯体或α-氧化铝粉末62～70％的比例称量，并混合，得混合物；

2)将步骤1)的混合物干燥；

3)将干燥后的混合物置于氧化铝或氮化硼坩埚中，将坩埚置于碳管炉中；往碳管炉中通入流动的高纯氮气，保持气体压力不小于1个大气压；将碳管炉以1～30℃/min的升温速度加热到1200～1500℃，保温时间为1～4小时，得到氮化铝和α-氧化铝混合粉体；

4)将步骤3)所得混合物球磨混合均匀，干燥球磨后的混合物；

5)将步骤4)所得的混合物置于碳管炉中，以5～40℃/min的升温速度加热至1600～1850℃，保温时间为1～6小时，得γ-氧氮化铝粉末；

6)将步骤5)所得γ-氧氮化铝粉末球磨，得产品。

所述的金属铝粉的纯度大于99wt％，平均粒径小于或等于200目，铝粉中所含其他金属杂质含量的浓度低于5000pp m。金属铝粉的平均粒径最好小于400目。

所述的γ-氧化铝或这种氧化铝的前躯体或α-氧化铝粉末的纯度大于99.9wt％，平均粒径小于或等于1μm，所含金属杂质的浓度低于500pp m。γ-氧化铝或这种氧化铝的前躯体或α-氧化铝粉末的平均粒径最好小于0.1μm。