AlON粉体的铝热还原法合成及其透明陶瓷

四川大学博士学位论文A1ON粉体，当原料中A1配比降至11.0wt%时，A12O3采用NH4Al(SO4)2·12HO热解法自制粉体（粒径约30m,粒度分布范围宽），在N2气氛中，在1800℃煅烧3小时可以合成出单相A1ON粉体，合成出的粉体的化学式为A1O6N。分析认为，粉体的铝热还原氮化过程可分为三个阶段，低温阶段（室温-660C)、中温阶段(660℃-1550C和高温阶段(1550C-1800℃)，分别发生了A1粉受热熔化、AI粉氮化生成AIN以及AI2O3和AIN固溶合成AION的过程。反应过程中首先生成AN,然后再发生Al2O?和AN的合成。AION相的出现大致从1625C(1893K)开始，并且从1650C反应速度开始加快，在1800℃煅烧3小时反应完全热力学分析得出Al5ON粉体的相转变温度为1887K,和实验研究接近。AON相转变之前，A1始终存于不稳定的状态，且由于反应气氛的影响，其以向AN的转变为主，但此时炉内气氛一直处于A12O3稳定区，因此A1优先和气氛中残余的O2反应生成A12O3,初始阶段粉体中A12O3的含量会增加：A1ON相转变温度点后，AON稳定区极窄，因此反应需要高温度和长保温时间。且AION和AN的稳定区随温度的升高而增大，A12O,的稳定区减小。在此温度区间，一方面Al2O3会以A12O形式挥发，另一方面A12O3会受气氛中C的影响而还原成AN,因此高温下AN的含量要增加，造成化学配比的原料合成不了单相AION。反应动力学分析认为，AION的铝热还原氮化Al2O3法合成反应是由扩散控制为主的反应，反应的速率主要由阴离子，尤其是N离子迁移速度决定，使AON合成需要高温和长保温时间。铝热还原氮化过程使用的纳米级A12O,和生成的小粒径AN方便了N离子的迁移和O离子的迁入，反应截面的增大，使铝热还原氮化具有高反应活性。市售的颗粒分布均匀的纳米Al2O3(平均粒径约为20nm)作为原料可使合成温度降低100℃左右。采用不同配比和y相混合的市售A12O,为原料会影响单相A1ON的合成温度，当R(-A12O3占总A12O3的比例)为0,0.15和0.50时，1700℃下便可以得到单相A1ON,反之单相粉体的合成温度要提高50℃。自制A12O,合成的A1ON粉体球磨24h后粉体粒径大小在3~10μm的范围内，较少大颗粒形状不规则，占绝对数量的小颗粒的形状基本呈球形，且分散性较好。五种不同配比市售A12O,粉体为原料合成的粉体颗粒的平均粒径均在2