透明氧化铝陶瓷的制备及其性能研究

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氧化铝陶瓷因具有耐高温、耐腐蚀、优良的力学、光学等物理化学性能,使其在机械、半导体、电子、军工、医学等高科技新技术领域拥有广泛的应用前景。本文采用化学沉淀法引入烧结助剂Y3+,La3+和Mg2+,通过真空烧结工艺制备了透明氧化铝陶瓷。采用密度测试、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外红外分光光度计及压痕法等对样品形貌、结构、光学和力学性能等进行了测试和表征,分析了烧结助剂及其引入方式对氧化铝陶瓷光透过率的影响。此外,本文采用溶胶-凝胶法,以异丙醇铝为原料,制备了稳定的勃姆石溶胶,并通过旋涂法制备了氧化铝陶瓷膜。采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、XRD、SEM及原子力显微镜(AFM)等分析了影响勃姆石溶胶稳定性和成膜情况的因素。实验结果表明,采用化学沉淀法引入的烧结助剂可以均匀的分布在氧化铝陶瓷中,不存在团聚和出现第二相的情况。Y3+掺量的增加可以促使氧化铝陶瓷晶粒生长,降低其气孔率,提高样品的透光率。烧结助剂Mg2+,Y3+和La3+的最佳掺入量分别为0.15 wt%,0.05 wt%和0.05 wt%,该掺量时获得的氧化铝陶瓷样品的晶粒尺寸均一,大小约为25-30μm,且没有气孔存在;其相对密度为99.62%,总透光率在350-800nm波长区域内大于80%。此外,由于Y和Mg含量的增加对样品的微观结构的影响不同,使得样品的维氏硬度随着Y含量的增加而有所增大,Mg对样品的维氏硬度几乎没有影响。采用溶胶-凝胶法配制勃姆石溶胶,当n(Al(C3H7O)3)∶n(H2O)∶n(HNO3)=1∶100∶0.3时,制备了淡蓝色透明溶胶,其表现出最佳的稳定性;优化溶胶膜的热处理工艺,防止烧结过程中膜破裂脱落,制备的膜样品表面光滑平整,均方根粗糙度(RMS)约为3.2nm,获得的陶瓷膜主晶相为α-Al2O3
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