中國(guó)粉體網(wǎng)訊 自本世紀(jì)初以來(lái),，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所持續(xù)致力于AlON透明陶瓷的研究,，近年來(lái)取得了系列原創(chuàng)性成果。近日,，上海硅酸鹽所王士維研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在 AlON透明陶瓷的粉體合成,、微結(jié)構(gòu)調(diào)控、致密化機(jī)理,、光學(xué)窗口研制以及應(yīng)用考核等方面取得系列進(jìn)展,。
AlON透明陶瓷頭罩和安防裝備部件
AlON同時(shí)具有優(yōu)良的光學(xué)、力學(xué)及熱物理性能,，目前被廣泛應(yīng)用于透紅外材料,。AlON和單晶藍(lán)寶石及多晶尖晶石被公認(rèn)為可適用于3Ma以上導(dǎo)彈紅外窗口的三種理想候選材料。相比較而言,，單晶藍(lán)寶石的光學(xué),、力學(xué)及熱物理性能等綜合性能最好，但成本最高,。透明多晶尖晶石也具有優(yōu)異的光學(xué)性能且成本也較低,，但力學(xué)性能不理想。
而AlON與其它兩種主要的耐高溫透紅外材料相比性能/價(jià)格比是最高的,，因而它是高馬赫數(shù)導(dǎo)彈的優(yōu)選材料,，此外，AlON透明陶瓷的最大潛在應(yīng)用領(lǐng)域是透明裝甲,，其可以用作裝甲車(chē),、直升飛機(jī)的防彈窗口。相比于傳統(tǒng)的防彈玻璃,，其具有輕薄且更堅(jiān)固的優(yōu)點(diǎn),，不僅可明顯降低裝甲整體的質(zhì)量和厚度，還可提升其防彈性能,。美國(guó)已將該材料列為21世紀(jì)國(guó)防重點(diǎn)發(fā)展材料,。
制備出性能優(yōu)良的原料粉末是制備氮氧化鋁透明陶瓷的先決條件，相對(duì)普通陶瓷粉體其對(duì)工藝要求更為嚴(yán)格,。氮氧化鋁透明陶瓷粉末需要滿足以下條件：（1）粉末純度高,、超細(xì)和易分散；（2）較好的燒結(jié)活性,；（3）粉末顆粒均勻且呈球狀,。
王士維研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)展了高純度AlON粉體的兩步合成技術(shù)，提出了流態(tài)化合成方法及裝置,，解決了碳熱還原反應(yīng)波動(dòng),、產(chǎn)物組分偏差的關(guān)鍵問(wèn)題，有力保障了透明陶瓷研究所需的高純AlON粉體,�,；诖耍瑘F(tuán)隊(duì)合成了不同N/O比的AlON粉體,，并研究了AlON陶瓷性能隨組分的變化規(guī)律,，獲得不同特性的系列化AlON透明陶瓷【Ceram. Int. 46 (2020) 16677】。
不同N/O比AlON的(a)XRD圖譜及(b)透明陶瓷樣品
在AlON透明陶瓷微結(jié)構(gòu)調(diào)控方面,，團(tuán)隊(duì)研究了組合燒結(jié)助劑對(duì)致密化和透明化的作用及其機(jī)理,，發(fā)現(xiàn)通過(guò)控制Y2O3添加量，能夠在AlON晶粒內(nèi)形成(111)孿晶界的插層結(jié)構(gòu),，這種孿晶界能夠阻止位錯(cuò)的遷移,，進(jìn)而改變裂紋擴(kuò)展方向，提高了AlON透明陶瓷的力學(xué)性能【J. Euro. Ceram. Soc. 38 (2018) 3235】,。在AlON透明陶瓷光學(xué)性能優(yōu)化方面,，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)AlON透明陶瓷特有的晶粒內(nèi)雙折射現(xiàn)象，證實(shí)了AlON透明陶瓷的致密化是以氣相傳輸主導(dǎo)的燒結(jié)機(jī)制,�,；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，提出了氣-固轉(zhuǎn)變的熱等靜壓致密化新機(jī)制【J. Euro. Ceram. Soc. 41 (2021) 4327】,，研制的AlON透明陶瓷光學(xué)質(zhì)量得到顯著提升,。
AlON的孿晶界、裂紋擴(kuò)展及位錯(cuò)遷移
團(tuán)隊(duì)還開(kāi)展了AlON透明陶瓷窗口和頭罩樣件的研制工作,，解決了大尺寸透明陶瓷成型,、燒結(jié)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)了有關(guān)抗彈性能和高溫紅外性能的初步驗(yàn)證試驗(yàn),，為后期應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),。
信息來(lái)源:上海硅酸鹽所
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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