低介透明微波陶瓷制备及其性能研究

来源 :武汉工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:BlueHeart2010XP
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尖晶石透明陶瓷,作为一种常见的多晶透明陶瓷,具有良好的化学稳定性和机械稳定性,优良的抗热冲击性能和优异的热膨胀系数,以及多波段、宽范围的高透过特性。本文以尖晶石基透明陶瓷(MAl2O4,M=Mg,Zn)为研究对象,首先采用高温焙烧法,以M/Al原子比1:2,MgSO4·7H2O或ZnSO4·7H2O和NH4Al(SO4)2·12H2O硫酸盐作为原料,制备高纯MgAl2O4、Zn:MgAl2O4和纯ZnAl2O4纳米粉体,采用SEM、TEM对其粒径和形貌进行表征,结果表明:采用高温焙烧法制备的粉体平均粒径在20nm左右,粒径分布较均匀,形貌上粉体呈现球状和蠕虫状。其次,探讨了放电等离子烧结技术(SPS)制备MgAl2O4透明陶瓷的最佳制备工艺,利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)等分析测试方法,研究了工艺条件对MgAl2O4粉体和透明陶瓷的微观形貌、结构和成份的影响;采用红外透过光谱(IR)、紫外可见光透过光谱(UV-Vis)等研究了MgAl2O4透明陶瓷的光学性能;采用扫描电镜(SEM)研究其耐强酸、强碱及耐高温侵蚀能力,结果表明:MgAl2O4透明陶瓷样品在红外波段均具有较高的透过率,2000nm处的直线透过率Tin,2000均大于80%;550nm处的直线透过率Tin,550最高达66.6%;MgAl2O4透明陶瓷在180℃沸腾的磷酸中耐腐蚀能力较差,陶瓷表面被破坏时间小于20s;而在熔融NaOH中,其抗腐蚀破坏时间比在沸腾磷酸中的稍长。高温热侵蚀结果表明其在低于1200℃的大气环境中具有较好的耐热腐蚀能力。采用正交试验方法,系统地研究了SPS技术制备Zn:MgAl2O4透明陶瓷的工艺优化过程,探讨了锌含量、烧结温度和保温时间对样品直线透过率(Tin)的影响,确定了SPS制备Zn:MgAl2O4明陶瓷的最佳工艺条件。结果表明,SPS最优化工艺条件为:添加锌浓度1.5at%,烧结温度1325℃,保温时间10min。该条件下制备的样品在550nm和2000nm波段处的直线透过率分别为61.8%和80%。烧结温度是影响透过率的最主要因素,添加锌浓度和保温时间的影响较小。论文最后使用SPS烧结技术成功获得了具有较好透过性的ZnAl2O4透明陶瓷。研究了烧结助剂对ZnAl2O4透明陶瓷直线透过率的影响。结果表明,添加0.5wt%TEOS作为烧结助剂将Tin,550提高了26.4%,Tin,550透过率最高可以达到63.5%,Tin,2000最大值可以达到84.7%。
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