顶立科技突破高纯AlON粉体吨级量产技术 助力高端光学陶瓷研究与应用


来源:湖南顶立科技股份有限公司

氮氧化铝(AlON)自被发现以来,因其多方面的优异性能而广受关注。其主要性能优势体现在以下几个方面:


光学性能卓越

AlON陶瓷在可见光到中红外波长范围内具有良好的透过率,其理论透光率可媲美单晶蓝宝石,是红外窗口、激光器保护罩等光学元件的理想材料。


力学性能强悍

AlON陶瓷具有高硬度与高抗弯强度的同时兼具优异的高温力学性能,在高温时也能够保持较高强度,适合用于高温观察窗、透明装甲等构件。


化学与热稳定性

AlON陶瓷耐酸碱腐蚀、抗氧化,能经受大部分酸碱和有机物等腐蚀,同时抗热震性能佳,因此广泛适用于各类恶劣工作环境。


整体比较而言,AlON作为透明陶瓷其性能媲美于蓝宝石,不仅具有良好的光学性能,而且具有高强度、高硬度,同时还耐高温和耐雨蚀、沙蚀,但其制备成本低于蓝宝石,且比蓝宝石更适合于制造成复杂外形构件。因此,AlON陶瓷成为最具有发展前途的红外窗口材料之一。


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AlON透明陶瓷


要制备综合性能优异的AlON透明陶瓷,需先获得高纯、超细的AlON粉体,因其性能直接影响最终陶瓷的性能。具体而言,粉体纯度不足会导致许多问题,如不仅可能使粉体易水解而难以保存,还降低所制备陶瓷的性能。另外,AlON粉体的烧结活性与其粒度密切相关,因为通常粒径越小,则比表面积越大,粉末的烧结活性就越高,越有利于烧结出致密、性能优异的陶瓷。


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AlON粉体


目前制备AlON粉的方法有多种,常用的方法主要是以下两种。


01高温固相合成法

高温固相合成法是利用高纯Al2O3和AlN在氮气气氛下合成得到AlON粉体。对于该方法,由于AlN粉体存在易水解问题,混料过程中需避免吸潮及与水接触,以致于原材料混合过程工序复杂、工期时间长、人工成本高,因此不利于规模化生产。另外,反应产物中,经常有Al2O3和/或AlN残存,难以分离去除,对所制备的AlON透明陶瓷各项性能会造成严重伤害。

Al2O3(s)+AlN(s)→AlON(s)


02碳热还原法

以碳粉为还原剂与高纯氧化铝混合,在高温氮气气氛下烧结得到AlON粉体的方法称为碳热还原法(CRN法),反应过程中发生如下反应:

Al2O3(s)+C(s)+N2(g)→AlON(s)+CO(g)


碳热还原反应过程中,AlN大部分是原位生成在Al2O3颗粒的表面,相较于高温固相反应更完全,合成的产物粒径更小,而且反应产物中通常只残存易于去除的C。


因此,相比而言,CRN法工序简单、工期较短、成本低,适合工业化大规模生产。但是,在CRN法反应过程中,特别是批量合成过程中,AlON相的形成极易受到温度和气氛的影响,且采用不同的混合方式制备的原料混合物反应活性不尽相同。因此,合理调控CRN法合成AlON粉体反应中的原材料及其混合方式和合成工艺,才有望获得物相批次稳定、组分一致的纯相AlON粉体,从而有助于实现综合性能优异的AlON透明陶瓷的制备。


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高温粉体合成设备


基于AlON粉体的高制备难度和高品质要求,顶立科技依托近20年热工装备研发的优势,凭借装备与工艺的深度融合,经过多年技术攻关,成功突破了高纯超细AlON粉体碳热还原批量稳定合成技术瓶颈。并具备年产吨级高纯、超细的AlON粉体的生产能力,每一批次产品纯度≥99.9%,且粒径分布(D50: 1~5μm)可调控,满足不同应用场景的多元化需求。这一关键技术的突破与产业化能力的形成,将助力高性能AlON透明陶瓷的研发及产业化。

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