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Al_2O_3/MgAl_2O_4红外透明陶瓷制备工艺及其性能研究

作　者: 沈海涛
导　师: 张明福
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 流延成型 Al2O3/MgAl2O4红外透明陶瓷织构化
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-22
  1.1 透明陶瓷研究背景与发展现状  10-13
    1.1.1 发展过程  10-11
    1.1.2 研究现状  11-12
    1.1.3 透明陶瓷发展趋势  12-13
  1.2 影响陶瓷透明度的因素  13-18
    1.2.1 原料  13-14
    1.2.2 添加剂  14-15
    1.2.3 气孔率  15-16
    1.2.4 微观结构  16
    1.2.5 陶瓷烧成工艺  16-17
    1.2.6 表面加工粗糙度  17
    1.2.7 制备透明陶瓷  17-18
  1.3 透明氧化铝陶瓷  18-21
    1.3.1 氧化铝原料粉体的制备  18-20
    1.3.2 氧化铝陶瓷的烧成  20-21
  1.4 论文主要研究内容  21-22
第2章实验原理与研究方法  22-33
  2.1 原料制备工艺原理  22-24
    2.1.1 热解法  22
    2.1.2 熔盐法  22-23
    2.1.3 模板生长  23-24
    2.1.4 晶粒定向生长技术  24
  2.2 成型工艺及原理  24-30
    2.2.1 流延成型  25-28
    2.2.2 模压成型  28-29
    2.2.3 等静压成型  29-30
  2.3 分析测试方法  30-33
    2.3.1 物相组成和织构分析  30-31
    2.3.2 微观结构分析  31
    2.3.3 热重和差示热分析  31
    2.3.4 收缩率测试  31-32
    2.3.5 密度测试  32
    2.3.6 红外透过率测试  32
    2.3.7 显微硬度测试  32-33
第3章 Al_2O_3纳米粉体和MgAL_2O_4模板制备与表征  33-47
  3.1 前驱体及Al_2O_3 纳米粉体制备与表征  33-39
    3.1.1 沉淀法制备前驱体  33
    3.1.2 影响前驱体的因素  33-35
    3.1.3 制备前驱体及纳米氧化铝粉体过程  35-36
    3.1.4 前驱体及纳米氧化铝粉体表征  36-39
  3.2 MgAL_2O_4 模板的制备  39-46
    3.2.1 熔盐法制备MgAL_2O_4 模板  39-40
    3.2.2 产物表征与分析  40-46
  3.3 本章小结  46-47
第4章 Al_2O_3/MgAL_2O_4陶瓷的制备与性能研究  47-68
  4.1 陶瓷坯体成型  47-53
    4.1.1 流延成型  47-53
    4.1.2 模压和等静压成型  53
  4.2 陶瓷烧成  53-55
    4.2.1 陶瓷低温预烧  54-55
    4.2.2 陶瓷的高温烧结  55
  4.3 陶瓷组织结构分析  55-61
    4.3.1 陶瓷物相组成及织构分析  56-57
    4.3.2 陶瓷元素分布分析  57
    4.3.3 显微组织结构分析  57-61
  4.4 陶瓷性能测试分析  61-66
    4.4.1 陶瓷的密度和收缩率  61-63
    4.4.2 陶瓷硬度分析  63-64
    4.4.3 陶瓷红外透过率  64-66
  4.5 待进一步研究和改进的问题  66-67
  4.6 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-75
致谢  75-76
个人简历  76

Al_2O_3/MgAl_2O_4红外透明陶瓷制备工艺及其性能研究

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