AlON粉体的铝热还原法合成及其透明陶瓷

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文档主要内容

文档类型：博士学位论文
适用人群：材料科学研究人员、透明陶瓷制备工程师、无机非金属材料专业研究生、从事AlON粉体合成与性能优化的技术从业者。

核心内容：该论文系统研究了铝热还原氮化法合成AlON粉体的工艺过程、反应机理及影响因素，并探讨了原料特性对合成温度与粉体质量的作用规律。研究指出，当原料中Al配比降至11.0wt%时，采用自制Al₂O₃粉体（粒径约30μm，分布宽）在N₂气氛下于1800℃煅烧3小时可合成单相AlON粉体，其化学式为AlO₆N。铝热还原氮化过程分为三个阶段：低温阶段（室温-660℃）Al粉受热熔化，中温阶段（660℃-1550℃）Al粉氮化生成AlN，高温阶段（1550℃-1800℃）Al₂O₃与AlN固溶合成AlON。AlON相从1625℃（1893K） 开始出现，1650℃后反应加速，1800℃保温3小时反应完全。热力学分析显示AlON相转变温度为1887K，与实验值接近。相转变前Al处于不稳定状态，优先与残余O₂反应生成Al₂O₃，导致初始阶段Al₂O₃含量增加；相转变后AlON稳定区极窄，需高温长保温。AlON与AlN稳定区随温度升高而扩大，Al₂O₃稳定区缩小，高温下Al₂O₃挥发或被C还原为AlN，使化学配比原料难以合成单相AlON。反应动力学表明该合成过程由扩散控制，阴离子（尤其是N离子）迁移速度决定反应速率，因此需要高温和长保温时间。使用纳米级Al₂O₃（平均粒径约20nm） 可降低合成温度约100℃。当市售Al₂O₃中γ相比例（R值）为0、0.15和0.50时，1700℃即可获得单相AlON，否则需提高50℃。自制Al₂O₃合成的AlON粉体经球磨24h后粒径在3~10μm范围内，大颗粒少且形状不规则，小颗粒基本呈球形、分散性好。五种市售Al₂O₃合成的粉体平均粒径均在2μm左右。

文档价值：该论文为AlON透明陶瓷的工业化制备提供了关键工艺参数与理论依据，可帮助研究人员优化原料选择、降低合成温度、控制粉体粒径与相纯度，解决单相AlON粉体合成困难、反应温度高、保温时间长等实际问题，适用于高性能透明陶瓷材料的开发与量产工艺设计。