[发明专利]SPS制备AlON透明陶瓷用模具及制备方法与所得透明陶瓷

说明书

本发明公开了SPS制备AlON透明陶瓷用模具及制备方法与所得透明陶瓷。所述模具包括具有空腔的、石墨材料的模具体，可套设于所述模具体的空腔内的、BN材料的中空套筒，对所述模具及所述套筒进行两端封装的模具体上压头和模具体下压头，及位于上、下压头和套筒间的BN材料的垫片；所述制备方法包括：将原料的混合粉体或坯体加入所述模具内，其后在SPS烧结炉中进行1500～1750℃的真空烧结及1550～1900℃的后处理，得到所述透明陶瓷。本发明可通过一步固相反应烧结制得AlON透明陶瓷，且有效避免了SPS烧结过程中AlON透明陶瓷产生碳污染现象，提高其光学透过率。

技术领域

本发明涉及AlON透明陶瓷的制备方法，特别涉及根据SPS制备AlON透明陶瓷的方法。

背景技术

尖晶石型氮氧化铝(γ-AlON)是Al₂O₃-AlN体系中一类重要的单相、稳定的固溶体陶瓷，其具有高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀、抗划伤等性能，同时在可见光和红外光波段具有较高的透过率，是制备透明装甲和红外/可见窗口的理想材料。

目前，制备AlON透明陶瓷通常采用两步法，即先合成AlON粉体再高温烧结使其致密化。其中，合成AlON粉体的方法主要有固相反应法、铝热还原氮化法、碳热还原氮化法和自蔓延法；高温烧结方法主要包括无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和微波烧结等。

相对于传统烧结方法，放电等离子烧结(SPS)作为一种新型粉末冶金烧结技术，具有升温速度快、烧结时间短、烧结温度低、加热均匀、生产效率高等优点，可在低温、短时间内使陶瓷粉末致密化，能够在一定程度上抑制晶粒长大，使其保持原始颗粒的微观结构，从本质上提高烧结体的综合力学性能。SPS技术还能使Al₂O₃和AlN通过固相反应一步生成AlON透明陶瓷，极大地简化了制备工艺，节约了制备时间和制备成本。

但是，现有的通过SPS烧结制备AlON透明陶瓷的方法，因其使用的石墨模具的限制，无法消除产品受到的碳污染。而AlON透明陶瓷中的碳杂质能够引起光的强烈散射，形成散射中心，严重降低其光学透过率，影响产品的使用性能。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种可应用于SPS制备AlON透明陶瓷中的新型模具及采用该模具通过SPS制备AlON透明陶瓷的方法，该模具及方法可有效避免现有技术中采用常规石墨模具通过SPS制备AlON透明陶瓷时产生的碳污染现象，得到无碳杂质的、透过率显著提升的AlON透明陶瓷。

本发明技术方案如下：

一种SPS制备AlON透明陶瓷用模具，其包括具有空腔的、石墨材料的模具体，可套设于所述模具体的空腔内的、氮化硼陶瓷材料(BN材料)的中空的套筒，对所述模具及所述套筒进行两端封装的模具体上压头和模具体下压头，及位于所述模具体上压头、所述模具体下压头与所述套筒间的氮化硼陶瓷材料的垫片，所述套筒的内径与所述垫片的直径相等。

在上述技术方案下，本发明在制备过程中，可将原料粉体或坯体加入BN材料的套筒内，并通过BN垫片将原料粉体或坯体与石墨材料的模具体压头进行有效隔离，从根本避免了石墨模具对产品产生的碳污染；同时该模具具有良好的热传导性、抗压强度和受力均匀性，可使所得产品在不受到碳污染的影响下，结构紧密、质地均匀、力学性能优异。

根据本发明的一些优选实施方式，所述模具体为等外径的中空圆柱形，其所述空腔为圆柱形；所述套筒为等外径的中空圆柱形，其中空空腔为圆柱形；所述套筒的外径与所述模具体的内径即所述模具体的空腔的直径相等；所述套筒的高度小于所述模具体的高度；所述模具体上压头与所述模具体下压头的结构、形态、尺寸相同，均由直径大小不等的两个圆柱体组成，其中，所述模具体上压头或所述模具体下压头的大直径的圆柱体的直径与所述模具体的内径相等，所述模具体上压头或所述模具体下压头的小直径的圆柱体的直径与所述垫片的直径相等。