铝热还原法合成AlON粉体及其热力学分析

以微米级的Al粉和纳米级Al_2O_3粉为原料, 在N_2气氛下,通过铝热还原法,进行了AlON粉体的合成.实验表明,在1873～1923 K之间,AlON相开始形成,到2023 K时得到纯相AlON粉体.通过拟抛物线规则计算得到AlON的摩尔生成吉布斯能, 进而算得AlON相形成的转变温度为1887 K.热力学分析表明,铝热还原法合成AlON过程中,各物相易受气氛、温度的影响而表现出不同的热力学行为,进而影响合成的纯相AlON的固溶组分.实验结果与理论计算分析相符合.     

一步常压烧结制备AlON陶瓷材料

为提高AlON陶瓷材料的力学性能、降低成本,以廉价Al和Al_2O_3粉为原料,利用常压烧结方法一步原位合成了AlON陶瓷材料.研究了成分配比和烧结助剂对材料的物相组成、密度、抗弯强度和显微组织的影响.结果表明:Al与Al_2O_3的最佳质量配比为13:87.未添加烧结助剂时,材料的最高烧结密度为2.74 g/cm~3,抗弯强度为246 MPa.添加烧结助剂(SiO_2-Y_2O_3-CaF_2)以后,材料的最高烧结密度提高到3.62 g/cm~3、抗弯强度提高到321 MPa,超过热压烧结制备AlON陶瓷材料的性能.     

反应烧结法合成ALON粉体的研究

采用微米级Al粉和纳米级Al2O3粉为原料，在N2气氛保护下球磨，并在流动N2中煅烧，尝试了纯相ALON粉体的合成。通过改变合成温度和保温时间等工艺参数，使原料反应充分，并通过适当改变原料中Al的含量，以控制合成试样中过量AlN的产生。同时对合成的粉体用XRD进行物相的定性分析，研究了温度、保温时间和原料配比等参数对合成纯相粉体物相的影响，并用TEM对粉体微观形貌进行观察。结果表明，将原料中Al粉的质量比调整为10％后，在1800℃煅烧3h的条件下，可以得到纯相的ALON粉体。     

铝热反应氮化合成MgAlON材料的机理

以金属铝、氧化铝和氧化镁为原料,利用TG/DTA、XRD研究了反应氮化法合成MgAlON的形成过程,探讨了合成机理.在合成过程中,金属铝在660℃左右首先熔化,800℃后开始出现AlN相,950℃左右大量的AlN形成,l100℃后MgAlON相生成.随温度提高,MgAlON相增加.而在没有MgO或MgAl2O4稳定剂的存在下,合成AlON是很困难的.SEM观察表明含不同稳定剂的烧结试样的显微结构亦不同.MgAlON的形成机理认为是氮化形成的AlN和少量MgO·Al2O3,随着温度升高,AlN,Al2O3向尖晶石中固溶而形成MgAlON相.     

高温氮化反应制备α-Sialon

采用Si_3N_4、AlN和Li_2CO_3为原料,以Y_2O_3、CaF_2为添加剂,利用高温氮化反应合成得到不同阳离子掺杂的α-Sialon.并借助XRD和SEM等测试手段,研究了合成温度(1450, 1500, 1600, 1700 ℃)、添加剂(5.0%CaF_2、5.0%Y_2O_3、2.5%CaF_2+2.5%Y_2O_3,质量分数, 下同)等因素对试样反应产物的物相组成、晶面间距及晶粒微观形貌的影响.结果表明:采用Si_3N_4、AlN和Li_2CO_3等为原料,以(2.5%Y_2O_3+2.5%CaF_2)作为复合添加剂,利用高温氮化法在0.9 MPa的流动氮气中1700 ℃下保温3 h合成得到了不同阳离子掺杂的α-Sialon,在显微形貌中可见到长柱状晶粒.提高反应温度能够促进α-Sialon的合成;不同添加剂的试样由于阳离子的离子半径以及Al、O固溶量的不同导致形成的α-Sialon晶面间距不同.     

AlN粉体表面抗水解涂层的制备及其对AlN陶瓷热导率的影响（英文）

提升AlN陶瓷粉体的抗水解性能对于其储存和成型加工至关重要。使用一种抗水解涂层作为阻止水分与AlN表面接触的屏障,以提升AlN粉体的抗水解性能。采用化学沉淀工艺在AlN粉体表面制备均匀、全包覆的非晶Y_2O_3涂层。利用TEM、XPS和Zeta电位测试详细研究了包覆层的有效性和完整性。通过测试室温下水基AlN悬浮液的pH-时间曲线以研究AlN粉体的水解性能。结果表明,经包覆处理的AlN粉体能够在水中保持稳定至48 h,这说明Y_2O_3表面包覆处理可以有效钝化AlN粉体,从而避免了其水解反应的发生。此外,与球磨工艺引入烧结助剂相比,化学沉淀工艺有利于提升Al N陶瓷的热导率。     

柠檬酸溶胶-凝胶法Sm_2Zr_2O_7陶瓷粉体的制备与表征（英文）

采用柠檬酸溶胶-凝胶法,以Sm_2O_3和ZrO(NO_3)_2·2H_2O为原料,柠檬酸为螯合剂,合成了单相的Sm_2Zr_2O_7粉体。果用TG/DSC、XRD和SEM对制备的粉体进行了表征,利用TG/DSC对干凝胶粉的热分解过程进行了分析。研究了煅烧温度对粉体物相及晶粒大小的影响,以及柠檬酸含量对粉体相组成和粉体分散性的影响。结果表明,干凝胶粉的热分解主要分为两个放热阶段进行,500℃左右干凝胶粉的热分解基本完成。Sm_2Zr_22O_7的结晶约在450℃左右开始发生,950℃保温2 h可以得到结晶良好的具有纳米晶粒Sm_2Zr_2O_2粉体,粉体晶粒为10~20 nm;柠檬酸与金属离子的螯合作用提高了结晶产物的纯度,随着柠檬酸含量的增加,粉体团聚程度先减小后增加,在CA/M=0.5时粉体分散性最好,粉体粒度为100~200 nm。     

低比表面积高烧结活性Y-TZP超细粉体凝胶固相反应合成技术

介绍了一种用凝胶固相反应法合成低比表面积高烧结活性3mol%Y_2O_3-ZrO_2粉体的新技术.该技术以高纯氧化锆粉体和草酸钇粉体及少量有机物为原料配制水基料浆,混磨均匀后使其快速凝胶化,凝胶块干燥后于1300 ℃煅烧合成,再经搅拌磨研磨6 h,即得到t相超细Y-TZP粉体.其比表面积为6.8 m~2/g, d_(10)=0.17 μm,d_(50)=0.46 μm,d_(90)=0.82 μm.该粉体合成技术具有原料来源方便、成本低、污染少,操作简便,普适性强等优点,适合于工业化生产.     

采用铝灰和粉煤灰合成Sialon粉

以铝灰、粉煤灰和碳黑为主要原料,采用碳热铝热复合还原氮化工艺制备了Sialon粉体.研究了原料组成(Si/Al比分别为1.5、1和0.27)、碳黑含量(分别为10%、17%、22%和27%)以及合成反应温度(分别为1400, 1450, 1500 ℃)对生成物相的影响.结果表明,合成温度为1450 ℃,可以得到较纯的物相;随着还原剂碳黑含量的增加,使还原氮化反应进行的更为充分;在原料中Si/Al比为1时,加入17%的碳黑可以得到主要物相为Si_3Al_3O_3N_55(β-Sialon,z=3)和SiAl_4O_2N_4(15R)的产物;在原料中Si/Al比为1.5时,即加入80%的粉煤灰,在1450 ℃可以制备较纯的Si_3Al_3O_3N_5粉.     

机械合金化＋热处理制备高纯Ti3SiC2粉体

以3Ti/Si/2C/0.2Al粉体为原料,采用机械合金化和真空热处理的方法合成了高纯度的Ti3SiC2粉体,并分析了粉体颗粒的外观形貌.结果表明,对3Ti/Si/2C/0.2A1粉体机械合金化4 h,可以生成Ti3SiC2和TiC的混合粉体.采用真空碳管炉对机械合金化粉体产物进行热处理,可以显著提高粉体中Ti3SiC2含量.热处理温度对粉体Ti3SiC2含量有很大的影响,过高或过低都不利于提高粉体中Ti3SiC3含量.在1150℃保温2 h得到的粉体产物Ti3SiC2含量最高,达到97.1 v01%.热处理产物粉体颗粒比较细小,适合做复合材料的原料.     

AlON粉体制备及透明陶瓷的烧结

γ-AlON是一种具有优良的光学、力学及化学性能的新型透明陶瓷,可望替代蓝宝石单晶用于军用及民用等多个领域.对AlON单相粉体的碳热还原氮化法制备工艺及块体的烧结工艺进行了研究,通过X射线衍射仪、扫描电镜、分光光度计等分析测试手段探索了工艺条件对相纯度、粉体大小及形貌等因素进而对组织及透光率的影响.结果发现,控制Al_2O_3和碳粉的相对百分比及反应时间即可制得纯相的AlON粉体;经球磨可进一步获得亚微米级的粉体,其颗粒大小及形貌可通过调整球磨时间加以控制;球磨后粉体经1950 ℃氮气氛无压烧结8 h后,可制得光学性质均一的透明陶瓷.其中较细且更为等轴化的粉体烧结后具有均匀、低孔隙率的组织,同时也具有更高的透过率.     

氧化铝碳热还原反应机制及其热力学

研究了球磨活化后氧化铝碳热还原反应合成氮化铝的机理 ,提出了通过氧化铝碳热还原反应合成氮化铝的新机制 :氧化铝首先发生氮化反应生成AlON相 ,AlON再还原氮化生成氮化铝。通过热力学计算得到的反应平衡温度与实验得到的氮化铝开始生成温度相吻合。     

TiN/AlN复合材料的等离子烧结

采用等离子技术,在1600℃的温度和50 MPa的压力、不同保温时间的条件下实现TiN/AlN纳米复合粉的快速烧结。随着保温时间的延长,材料致密性有所改善,在保温15 min后获得最大密度,HRA=93,ρ=4.346 g/cm~3;随后由于颗粒的长大密度有所下降。XRD分析主相为TiN,局部温度过高导致氮缺位,晶格常数增大,衍射峰较烧结前略有左偏;次相为AlN,但由于在烧结过程中存在应力,其衍射峰较烧结前略有右偏,同时在烧结过程中有轻微氧化现象生成AlON相。用SEM分析了试样断口形貌,主要呈现沿晶断裂。     

铝电解用NiFe2O4-Cu金属陶瓷惰性阳极的制备

以高温固相合成法合成的NiFe2O4陶瓷粉体和金属Cu粉为原料, 采用冷压-烧结法制备了Cu含量在5%～20%之间的NiFe2O4-Cu金属陶瓷惰性阳极, 研究了烧结气氛和烧结温度对其物相组成、微观形貌和基本物理性能的影响. 结果表明 通过控制烧结气氛中氧分压在NiO和Cu2O的离解反应平衡氧分压之间, 可以制备出具有目标物相组成的NiFe2O4-Cu金属陶瓷; 烧结温度和保温时间对所得NiFe2O4-Cu金属陶瓷的相对密度有较大影响; NiFe2O4和Cu之间的不润湿性限制了NiFe2O4-Cu金属陶瓷烧结温度的提高和保温时间的延长, 在保证金属相分布均匀且不溢出的前提下, 所制备的NiFe2O4-Cu金属陶瓷的相对密度较小; 金属相Cu含量越高, NiFe2O4-Cu金属陶瓷最高烧结温度越低、最长保温时间越短, 从而相对密度越低、孔隙率越高; 除了尽量降低金属相含量外, 还可向NiFe2O4-Cu金属陶瓷中添加其他金属如Ni和Co等, 以改善陶瓷相与金属相之间的润湿性, 以提高烧结温度, 进而提高其相对密度和耐腐蚀性能.     

Development of Si_3N_4/Al composite by pressureless melt infiltration

1 Introduction Composites of ceramic/metal or metal/ceramic are expected to have properties superior to their constituents alone[1?4]. However, the fundamental difference in atomic bonding between metals and ceramics results in quite different physical a…     

Phase reaction and sintering behavior of a Al2O3–20wt%AlN–5wt%Y2O3 system

Two major problems exist in the processing of AlN. The first is the difficulty in achieving full densification even at relatively high sintering temperatures. The second is the formation of the spinel phase, AlON. Pure AlN sintered at temperatures up to 2000°C have produced no more than 90–93% densification in the former case, while AlN rich ternary systems (AlN–Al₂O₃-sintering agent) have resulted in the detrimental formation of AlON well before full densification can occur. This paper reports on the phase reaction and sintering behavior of a ternary Al₂O₃–AlN–Y₂O₃ system near the critical temperature range of 1600–1700°C, in a carbo-thermal reduction furnace in a fully nitrogen environment. Full densification (>98%) for AlN without the formation of AlON was achieved by sintering an initial Al₂O₃ rich ternary system (Al₂O₃–20wt%AlN–5wt% Y₂O₃) at a relatively low temperature of 1680°C. Formation of the AlON was delayed until 1700°C, at which a stoichiometric γ-AlON (Al₃O₃N) with spinel type structure was obtained. Thermal conductivity values for a sintered substrate obtained with low oxygen content within the AlN matrix reached 125 W m⁻¹ K⁻¹.     

La~(3+)掺杂Y_2O_3透明陶瓷制备及发光性能

以Y2O3为基质材料,掺杂不同含量的La3+,采用机械力化学法制备纳米粉,粉体压制后在真空度1×10-3Pa下烧结得到La3+掺杂Y2O3透明陶瓷。采用透射电子显微镜(TEM)观察粉体一次颗粒形貌,扫描电镜(SEM)观察样品表面形貌,HV-1000型维氏硬度计测定样品硬度和断裂韧性,阿基米德法测定烧结后试样的相对密度,自动记录分光光度计测定试样透过率。结果表明:制备的La3+∶Y2O透明陶瓷透光率可达80%,掺杂La3+可以显著降低La3+∶Y2O3透明陶瓷的烧结温度;随着La2O3添加量的提高,样品透光率逐渐提高,但La2O3添加量过大会造成点阵畸变严重;随着La2O3添加量的提高,样品相对密度、维氏硬度和断裂韧性均逐渐提高,最后趋于平稳;随着保温时间延长,样品透光率也逐渐增大,继续增大保温时间,透光率趋于平缓。结合样品的透光率、相对密度、维氏硬度和断裂韧性考虑可知La2O3适合掺杂量、烧结温度和保温时间分别为10at%、1550℃和3h。     

STRUCTURES OF γ Al_2O_3 AND AlON STUDIED BY ~(27)Al NMR AND QUANTUM CHEMISTRY CALCTLATIONS

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｌｕｍｉｎｕｍｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ（ＡｌＯＮ）ｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｕｎｄｓｉｎｔｈｅＡｌＮＡｌ２Ｏ３ｓｙｓｔｅｍａｎｄｈａｓｍａｎｙｄｉｖｅｒｓｉｆｉｅｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ,ＡｌＯＮｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｌｌｏｗｓｆｏｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｃａｌｌｙｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｃａｎｅｌｉｍｉｎａｔｅｏｔｈｅｒｐｒｏｂｌｅｍｓａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈａｎｉｓｏｔｒｏｐ…     

Hard transparent AlON ceramic for visible/IR windows

In this paper after providing a brief introduction on the mechanical properties, optical performances and various applications of aluminum oxynitride (AlON) ceramic, we have reviewed the fabrication methods of AlON powder and ceramic, respectively. Our collaborative work has recently demonstrated that AlON ceramic with high transmittance can be obtained by carbothermal reduction and nitridation (CRN) method through strictly controlling Al₂O₃/C ratio, powder processing, sintering temperature and holding time. It has been observed that the presence of pores and liquid phases in microstructure has negative effect on the improving of transmittance. In the final part of the review we have identified that certain rare earth doped AlON could be considered as attractive material candidates for the phosphor-converted white LEDs and light-emitting devices.