[发明专利]一种高硬度MgAlON透明陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高硬度MgAlON透明陶瓷及其制备方法。其为单相镁铝尖晶石结构，结构式为Mg_xAl_{(64‑2x+y)/3}□_{(8‑y‑x)/3}O_32‑yN_y，其中0x≤1、1≤y≤3、□为八面体空位数。制备：首先通过场致快速合成MgAlON陶瓷粉体，接着通过轴向压制结合冷等静压进行成型，得到MgAlON透明陶瓷坯体，然后将坯体进行无压预烧，得到开气孔率0.1％的预烧体，最后将预烧体进行热等静压烧结获得高硬度MgAlON透明陶瓷。本发明在保证透明陶瓷透过率的前提下，在低镁相图区域发明了一种高硬度MgAlON透明陶瓷，这对透明装甲、导弹头罩等材料的制备具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种高硬度MgAlON透明陶瓷及其制备方法，属于透明陶瓷材料制备领域。

背景技术

透明陶瓷自问世以来，由于其优异的光学性能、机械性能、热学性能等，使之正逐步应用于在红外窗口、导弹整流罩、透明防弹装甲等领域中。

目前市场上制备透明防弹装甲和3马赫数以上整流罩的三种透明陶瓷材料有：单晶蓝宝石、γ-AlON透明陶瓷、MgAl₂O₄透明陶瓷。但是这三种材料各自有其应用局限。单晶蓝宝石从室温升至500℃时，硬度下降了一半。γ-AlON透明陶瓷虽然机械性能较好，其硬度(HK2)为14.9GPa，但是红外截止波长短，而且随着温度的升高，红外吸收系数增大。MgAl₂O₄透明陶瓷虽有着较宽的透过域(0.2～6.7μm)，但硬度不够理想，在导弹高速运动时整流罩可能会发生破裂，这对于高马赫数导弹整流罩是致命的缺点，同时难以满足透明装甲对高硬度的要求。

结合以上情况，目前应用的透明陶瓷材料并不能完全满足导弹整流罩、透明装甲材料的要求，急需寻找新材料以填补此类材料的空白。经过研究发现，MgAlON透明陶瓷是一种组分和性能介于γ-AlON和MgAl₂O₄之间的新材料：如Mg_0.27Al_2.58O_3.73N_0.27透明陶瓷的透过域为0.22～6.24μm，硬度约为13.39GPa，其兼具γ-AlON优异的机械性能和MgAl₂O₄宽的红外截止波长(Liu X,Wang H,Tu B,et al.Highly Transparent Mg_0.27Al_2.58O_3.73N _0.27,Ceramic Prepared by Pressureless Sintering[J].Journal of the American CeramicSociety,2014,97(1):63–66.)。从综合性能考虑，这样的一种新材料很有应用前景。但是要使MgAlON透明陶瓷满足导弹整流罩、透明装甲等材料对于高硬度的要求，进一步提高MgAlON透明陶瓷的硬度成为目前需要解决的问题。