AlON透明陶瓷的制备及其力学性能研究

AlON透明陶瓷因良好的透光性、热震稳定性、力学性能和良好的可加工性,在国防领域和民用领域有广阔的应用前景。本文采用改进的碳热还原氮化/沸腾床法批量制备AlON粉体,单批次产能可达2 kg,在AlON粉体的XRD图谱中未观察到第二相,激光粒径分析显示平均粒径为1.54μm,粒径分布均匀。使用该粉体进行冷等静压成型处理后,获得均匀性较好、致密度高的素坯。采用气压烧结法在1 850℃,氮气压力5 MPa下制备出光学透过率为82.3%,弯曲强度为310 MPa的AlON透明陶瓷片,对推进AlON透明陶瓷的应用具有一定的现实意义。     

等静压成型对氮氧化铝陶瓷透明性的影响

本文采用高纯Al2O3、AlN和Al粉为原料,用Y2O3和MgO作为烧结助剂,在150 MPa下等静压成型,然后在氮气氛下,1850℃保温1 h制备出透明尖晶石型氮氧化铝(AlON)陶瓷.结果表明,透明AlON陶瓷晶粒尺寸细小,晶粒发育完善且分布均匀,晶界平直光滑且无第二相的存在.用等静压成型能明显能明显提高紫外区和可见光区的透明性能,但对红外区影响不明显,其在紫外光区(200～1100 nm)最大透光率为82;,在红外光区(1750～5000nm)最大透光率为98;,密度为3.70 g/cm3,约为其理论密度的99.7;.     

Ce∶YAG透明陶瓷的制备和光学性能

采用固相反应法结合真空烧结技术制备了不同Ce3掺杂浓度的Ce∶YAG透明陶瓷,通过扫描电子显微镜(带能谱仪)、分光光度计和荧光光谱等系统研究了陶瓷的显微结构和光学性能.结果表明,所制得的透明陶瓷样品离子掺杂均匀、致密度高,透光性较好,可见光范围直线透过率高达80.0;,样品在460 nm蓝光激发下可以发射中心波长为530 nm的宽带黄绿光,随着掺杂浓度的增加,发射峰发生红移,并出现了明显的浓度猝灭现象.所制备的透明陶瓷样品光学质量优异,是一种能够替代Ce∶YAG荧光粉体的新型荧光材料.     

利用长石原料制备发泡陶瓷

利用长石为主要原料制备发泡陶瓷,探究了不同实验条件(长石含量、发泡剂含量和烧结温度)对发泡陶瓷的影响.利用长石制备的发泡陶瓷具有优异隔热性能,其导热系数达0.13 W/(m·K),平均孔径为1.30 mm.泡孔之间的孔壁上分布有平均孔径小于100 μm的微孔,这种微孔与大孔分级分布的结构是其具有良好保温性能的关键原因.     

Nd3+掺杂Lu2O3透明陶瓷的制备和光学性能

通过化学途径合成了Nd3+掺杂的氧化镥纳米晶粉体,研究了工艺条件对粉体性能及透明陶瓷光学性能的影响,通过优化工艺参数,获得了品粒均匀、尺寸在30 nm的高质量的Nd:Lu2O3纳米晶粉体.采用复合溶液法合成的粉体,经等静压成型、流动H2气氛及1880℃/ 8 h烧结后制备出光学透明性好的Nd:Lu2O3透明陶瓷,其在1080nm波长处的实测折射率为1.908,直线透过率超过75;,发射截面(σem)达到6.5×10-20cm2.     

Yb:CaF2透明陶瓷的制备与性能研究

采用共沉淀法合成5at;Yb:CaF2纳米粉体.该粉体为纯立方CaF2相,平均颗粒尺寸为45 nm.Yb:CaF2纳米粉体呈立方体状,具有较好的分散性.通过真空预烧结合热等静压烧结(HIP)后处理制备5at;Yb:CaF2透明陶瓷,研究了真空预烧温度对陶瓷物相、致密度、显微结构及光学透过率的影响.结果表明,不同温度真空预烧的陶瓷均为纯立方相,在650℃真空预烧的5at;Yb:CaF2陶瓷经HIP处理后具有最好的光学质量,其在1200 nm处的直线透过率达到87;(厚度为3 mm).     

放电等离子烧结制备Ba2+掺杂γ-La2S3陶瓷及其性能研究

以气固反应硫化制备的γ-La2S3粉体为原料,采用放电等离子烧结(SPS)技术制备出γ-La2S3多晶陶瓷.研究了Ba2+掺杂量对得到γ-La2S3粉体物相结构的影响,并分析了烧结温度、再硫化工艺参数对γ-La2S3多晶陶瓷微观组织结构和红外透过率的影响.结果表明:掺入Ba2有利于低温获得稳定的高温型γ-La2S3相,在nLa/nBa为5 ～15时能够得到纯相的γ-La2S3粉体.在烧结温度为1150℃,保温时间为5min时制备出的γ-La2S3陶瓷致密,无明显气孔,在CS2气氛下再硫化2.5h后,在10 ～ 14μm波段的红外峰值透过率达到42％.     

LaFeO3单晶生长及其性能研究

以La2O3和Fe2O3粉体为原料,在1400℃,烧结24 h制备出了LaFeO3多晶料棒,采用浮区法生长出LaFeO3单晶。晶体沿(100)晶向生长,晶体的(100)晶面单晶摇摆曲线的半高宽为26″,证实其单晶化程度很高;在298～773 K温度范围内测试了晶体热学性能,晶体比热变化范围为0.58～0.76 J/g.K,热扩散系数变化范围为3.47～0.85 mm2/s,热导率变化范围为13.10～4.21 W/(m.K);研究退火工艺对晶体近红外透过率的影响,在700℃,48h退火可以明显提高透过率达到65%。     

Nd∶YAG透明陶瓷制备与激光性能

采用化学沉淀法分步制备了分散性好、团聚少的纳米Y2O3、Nd2O3和Al2O3粉体,经球磨混合和喷雾干燥后,获得了颗粒形貌为球形、粒径在20 ～ 40 μm间的混合陶瓷粉体.粉体经成型后,采用真空烧结工艺制备出了直径为75 mm、厚度5 mm的高透明Nd∶ YAG陶瓷,其在1064 nm和400 nm处的透过率均高于80;,接近于Nd∶ YAG单晶的理论透过率.应力和干涉条纹测试结果表明,所制备的Nd∶ YAG透明陶瓷应力分布均匀,干涉条纹平直,具有良好的光学均匀性.FESEM和XRD测试结果表明,陶瓷的晶粒尺寸在10 ～ 20 μm之间,晶界干净,没有残留气孔和杂质相.对从Nd∶ YAG陶瓷圆片上选切出的3 mm×3mm×5 mm和3mm×3 mm×10mm的Nd∶ YAG激光陶瓷元件进行激光性能测试,实现了连续瓦级激光输出,在泵浦注入功率为18.6 W时,分别获得了7.78W和7.75 W激光输出,光光转换效率分别为41.8;和41.7;.     

烧结温度对96Al2O3陶瓷力学性能及热导率的影响

采用CaO-MgO-SiO2为烧结助剂,采用无压烧结技术,研究了烧结温度对96Al2O3陶瓷热导率及力学性能的影响.采用阿基米德排水法、三点弯曲法、激光脉冲法、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等分析手段和设备,对烧结后陶瓷样品的密度、力学性能、热导率和微观组织结构进行了分析研究.研究结果表明:1600℃烧结的Al2O3样品的具有较好的导热性和力学性能,其热导率、密度、维氏硬度和抗弯强度分别为24.9W/(m·K),3.82g/cm3,(13.8±0.2)GPa,(362.9±26.9)MPa.