[发明专利]一种氮氧化铝透明陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种氮氧化铝透明陶瓷及其制备方法，采用AlN粉体和Al2O3粉体为原料，采用B(OH)3、Mg源和稀土源作为烧结助剂，经混合、成型和烧结，得到所述氮氧化铝透明陶瓷；所述Mg源为MgAl2O4；所述稀土源选自稀土氧化物或/和稀土复合氧化物，优选选自Y3Al5O12、Y2O3、Lu3Al5O12、Lu2O3和Sc2O3中的至少一种。

技术领域

本发明涉及一种氮氧化铝透明陶瓷及其制备方法，属于透明陶瓷领域。

背景技术

氮氧化铝透明陶瓷是高温下Al₂O₃和AlN在一定组成范围内(16～35.7mol％AlN)的固溶体，属于立方晶系，具有光学各向同性，在近紫外到中红外波段(0.2～6μm)具有优异的透光率，理论透过率为85.2％。而且氮氧化铝透明陶瓷具有高硬度，高强度，介电性能优良，

耐腐蚀，极佳的耐磨性和抗划伤性，是耐高温红外窗口、头罩以及透明装甲的优选材料。

自1976年McCauly制备出世界上第一块氮氧化铝半透明陶瓷以来，人们已经发展出多种制备氮氧化铝透明陶瓷材料的工艺。这些工艺以起始原料的不同分为两类：a)以前驱物合成的氮氧化铝粉体为原料成型后进行烧结；这种方法的优势在于生成的氮氧化铝粉体具有良好的烧结性能。然而，粉体制备周期长，也因反应产物受温度、气氛、原料组成而存在工艺难控、粉体参数不稳定等缺点，不利于大批量制备氮氧化铝透明陶瓷。b)以Al₂O₃和AlN为原料进行反应烧结；此种方法避开氮氧化铝粉体制备和处理的步骤，工艺简单，成本低，易于批量生产。但由于原料烧结性能失配，所得氮氧化铝透光率较低或失透。研究人员一般通过添加烧结助剂促进其烧结过程，排除气孔，从而以反应烧结方法来实现氮氧化铝透明陶瓷的制备。由于该方法的烧结温度通常高于1900℃，本领域技术人员一般选用具有较高熔点的物质作为烧结助剂。

例如，专利1(美国专利US20100167907A1)公开了一种制备多晶氮氧化铝的方法，以MgO(＜0.5wt.％)，Y₂O₃(＜0.5wt.％)和/或BN(＜0.5wt.％)作为烧结助剂，在1550～1750℃预烧后再经1900℃烧结，可获得透光性较好的氮氧化铝。专利2(中国公开号CN106342081B)公开了一种氮氧化铝透明陶瓷的固相制备方法，以Al₂O₃和AlN为原料，加入纯度不低于99.9％的0.1～2.0wt.％的稀土氧化物和0.5～10wt.％的金属氧化物或其相应盐作为烧结添加剂；稀土氧化物包括La₂O₃、Gd₂O₃、Yb₂O₃；金属氧化物包括Li₂O、MgO、CaO、Y₂O₃、TiO₂、SiO₂，采用高温固相反应工艺烧结制备得到3.5mm厚的氮氧化铝透明陶瓷，在可见光波段的透过率仅为40％。专利3(中国公开号CN107344854A)公开了Al₂O₃和AlN质量比为(70～73)：(30～27)，添加0.1wt.％Y₂O₃、0.1wt.％MgO，采用放电等离子烧结结合N₂气氛烧结制备氮氧化铝透明陶瓷，得到2mm样品，可见光波段透过率约仅为70％。但上述，目前公开的采用反应烧结法制备氮氧化铝透明陶瓷，其光学透过率离理想透过率85.2％仍有很大的距离。而，只有反应烧结法制备氮氧化铝透明陶瓷在可见～红外区域的透过率突破80％，方能有生产应用的可能。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种高透过率的氮氧化铝透明陶瓷及其制备方法。