[发明专利]一种高强度半透明的氧化铝陶瓷制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度半透明的氧化铝陶瓷制备方法，首先通过化学间接的方式或者物理混合直接的方式将烧结剂添加到氧化铝粉末中，然后经过造粒、坯体制备、氧化铝陶瓷高温烧结以及打磨得到高强度的半透明的氧化铝陶瓷。本发明选用粒径D₅₀≤150nm、比表面积BET≥14m²/g氧化铝粉末并采用无压力烧结设备在1350°C~1500°C制备的半透明的氧化铝陶瓷具有好的力学性能，并且本发明能抑制氧化铝陶瓷在烧结后期晶粒的长大，提高氧化铝陶瓷的力学性能。此外，本发明制备半透明的氧化铝陶瓷时不需要任何辅助压力条件，其烧结设备的成本远低于HP、HIP、SPS等压力辅助烧结的设备，从而降低半透明的氧化铝陶瓷成本，此外，本发明中的烧结设备在烧结时不受坯体的尺寸和形状限制。

技术领域

本发明属于陶瓷制备技术领域，具体涉及一种高强度半透明的氧化铝陶瓷制备方法。

背景技术

透明陶瓷，由于其良好的透光性和特定的光学特性，以及良好的力学性能、耐腐蚀、耐高温、绝缘性和介电性能好等特性，在新型照明技术、红外探测用窗口、军事用透明装甲、高温高压及腐蚀条件下的观察窗、导弹用防护整流罩等领域得到愈来愈多的应用。

通常而言，影响透明陶瓷透光性以及力学性能的主要是气孔率、晶界结构和晶粒尺寸。透明陶瓷的制备关键因素主要涉及陶瓷粉体的选择、合适的烧结助剂，以及致密化烧结工艺。

20世纪60年代，Coble采用氢气烧结发明了第一块透明氧化铝，历经半个多世纪的发展，半透明的氧化铝陶瓷件的烧结制备方法主要有：氢气或真空烧结、热压烧结（HP）、放电等离子烧结（SPS）、热等静压烧结（HIP）、常压预烧与热等静压后处理相结合的两步烧结法。

其中，氢气或真空烧结透明氧化铝陶瓷广泛用于高压钠灯、高亮度灯的灯管（CN1200906C半透明氧化铝烧结体及其制备方法）、金属卤化物灯的电弧管（CN 201532933U陶瓷金属卤化物灯电弧管）。氢气或真空烧结透明氧化铝，主要将氧化铝成型坯体脱胶（或脱脂）后，在氢气气氛或真空条件下1600°C ~1900°C烧结，该工艺制得的产品透光性好（0.85mm厚产品RIT₆₀₀优于40%），但由于烧结温度较高，其产品晶粒尺寸较大（5~50μm），力学性能较低（抗弯强度≤400MPa）。

热压烧结、热等静压烧结（直接热等静压或者先常压预烧后热等静压处理两步烧结）、放电等离子烧结是制备半透明的氧化铝陶瓷的新手段，通过施加高的压力（≥70MPa）促使产品在较低温度（1200°C ~1400°C）下实现致密化，其优点是晶粒尺寸较小（亚微米），力学性能优异（抗弯强度≥500MPa），但其不足是制备成本高（设备成本以及运行成本），且只能烧结柱形、环形等简单形状的产品，且产品尺寸受限。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种高强度半透明的氧化铝陶瓷制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高强度半透明的氧化铝陶瓷制备方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：采用化学间接的方式或物理混合直接的方式将烧结剂添加到平均粒径D₅₀≤150nm、比表面积BET≥14m²/g的氧化铝粉末中进行混合得到混合粉末，将混合粉末进行造粒并过筛得到平均粒径为35~65μm的混合物颗粒；

步骤S2：将步骤S1得到的混合物颗粒压制成型，得到坯体；

步骤S3：将步骤S2得到的坯体放入无压力烧结设备中，然后从常温升温至1350°C~1500°C进行烧结，并在该烧结温度保温4~10h，冷却后得到氧化铝陶瓷；

步骤S4：将步骤S3得到的氧化铝陶瓷进行打磨，最终得到半透明的氧化铝陶瓷。