Al2O3/MgAl2O4红外透明陶瓷制备工艺及其性能研究

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氧化铝透明陶瓷是研究和应用比较早的透明陶瓷材料,具有比单晶材料制备成本低、生产周期短等优点,与玻璃材料相比力学性能更好,而且具有良好的热导率和热稳定性、高温强度较大且耐腐蚀,广泛应用于照明、高温绝缘等领域,在激光和军事领域也有非常诱人的应用前景。为提高陶瓷透过率,本文实验采用片状镁铝尖晶石作为模板加入氧化铝粉体中,并以流延成型提高模板取向率,使陶瓷晶粒择优取向,以减少陶瓷晶界反射和双折射对透过率的影响,同时采用模压成型和等静压成型制备相同模板比例陶瓷作为对比,并对制备的陶瓷进行物相和形貌等测试分析。采用热解前驱体的方法制备粒径100nm左右类球形的α-Al2O3粉体作为原料,用MgO和片状α-Al2O3经熔盐法合成直径10μm的MgAl2O4,由于“模板生长”机理MgAl2O4保持了α-Al2O3的片状六边形外形。将2wt%、5wt%和10wt%MgAl2O4模板加入Al2O3粉体和配制成浆料,同时制备不加模板的浆料作对比,采用流延成型制备出陶瓷坯体;并用模压成型和等静压成型制备出相同组分的坯体。坯体经过低温排塑后在1800℃真空条件下15h烧成Al2O3/MgAl2O4透明陶瓷。经检测流延法制备的陶瓷沿(110)晶面具有择优取向性,随着模板含量的增加取向度逐渐提高,经计算在模板含量10wt%时取向度因子f达到最高0.40;由于晶粒取向降低了双折射对透过率的影响,经测试流延成型陶瓷红外透过率最高达到60%,较等静压法和模压法制备的陶瓷要高,相对于不加模板的陶瓷红外透过率提高了2倍。镁铝尖晶石模板的加入很大程度上抑制了晶粒的异常生长,使气体能够更加完全的排除,降低了残余气孔率,提高了陶瓷的致密度;模板的加入也将陶瓷断裂方式转变成沿晶断裂和穿晶断裂相结合的方式,陶瓷的硬度得到了提高。
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