半透明Ca²⁺离子掺杂SiAlON复相陶瓷材料的制备方法及其产品的制作方法

专利名称：半透明Ca²⁺离子掺杂SiAlON复相陶瓷材料的制备方法及其产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及半透明Ca2+离子掺杂SiAlON复相陶瓷材料的制备方法及其产品，属于半透明陶瓷材料制备领域。
背景技术：
陶瓷材料通常因具有较好的机械性能以及高温稳定性等常作为结构材料，在航空、航天、冶金、机械等众多领域扮演着非常重要的角色。随着科学与技术的进步与发展， 一方面对陶瓷材料本身所固有的机械性能等提出了越来越高的要求；另一方面还要求材料同时具备结构和功能性。目前，陶瓷材料的结构与功能一体化已成为一个新的重要发展方向。透明陶瓷或半透明陶瓷则是结构与功能一体化陶瓷材料的典型代表。经过国内外众多学者的努力，目前已报道的透明或半透明陶瓷有=Y2O3 (CN1562886)、YAG (CN1562880)、 MgAl2O4 [J. Am. Ceram. Soc. , 2010 93 9 2656 66]、Al2O3 [Acta. Mater. , 2010 58 4527 35]、AlN (日本窑业协会志，Vol. 93，No. 9，1985，pp517_522； JP1199036A)、AlON (US4686070A)、MgO-Y2O3 [J. Am. Ceram. Soc. , 2010，93 11 3535-38]等。与已报道的透明或半透明氧化物陶瓷相比，α -SiAlON陶瓷具有更为优异的抗热震性以及更高的硬度等特点；与已有的透明或半透明氮化物陶瓷相比，α-SiAlON陶瓷具有更好的抗氧化性、强度以及耐腐蚀性等特点。α-SiAlON是a-Si3N4的固溶体，与Si3N4 陶瓷不同的是，所添加的氧化物稳定剂(如CaO，MgO, Y2O3)在高温下与氮化硅表面的氧化物形成瞬时液相促进致密化，这些液相在保温阶段逐步进入晶格中能起到净化晶界的作用。长期以来α-SiAlON陶瓷一直作为结构材料来研究和使用，直到最近α-SiAWN的透光性才逐渐得到重视。其中由 Nd3+ [J. Eur. Ceram. Soc. , 19，2349-57 (1997)]、Lu3+ [J. Am. Ceram. Soc. , 2004 87 4 714 716]、GcT [J. Am. Ceram. Soc. , 87 [4] 730-32 (2004) ], Yb3+ [Mater. Lett. , 62，4535-38 (2008) ], Y3+ [Mater. Lett. , 58，1985-88 0004)]等离子稳定的半透明α-SiAlON陶瓷材料都有研究报道。然而，一方面，由于稀土氧化物的高熔点使得这些α -SiAlON的烧结温度较高(一般超过1800°C)；另一方面，由于大多稀土离子的外层电子在特定波长的入射光激发下产生跃迁，从而导致α -SiAlON在红外波段的选择吸收，进而影响其光学透过性能。实际上，碱或碱土金属离子Li+、Mg2+和Ca2+ 也常用作稳定离子制备α-SiAlON陶瓷。目前，采用放电等离子体烧结制备出一种掺Mg2+ 的 SiAlON 半透明陶瓷[J. Am. Ceram. Soc. , 90 [5] 1647-49 O007)]，尽管其避免了红外波段吸收，但是烧结温度仍然较高。而同样采用放电等离子体快速烧结方法在相对较低的温度下制备出了掺 Li+的 α-SiAlON 陶瓷[J. Am. Ceram. Soc. , 93 [11] 3549-51 (2010)]，但是其断裂韧性较低(仅3. 0 MPa*m"2)而且对工艺条件较为苛刻。相对Li+和Mg2+ 掺杂的SiAlON陶瓷，Ca2+掺杂α -SiAlON更容易实现致密化，对烧结工艺要求较低(如无压烧结就能实现完全致密)。而仅由单离子Ca2+掺杂α-SiAlON的半透明陶瓷在国内外还未见报道。此外，由于单相α-SiAlON陶瓷的断裂韧性普遍较低，因此制备以α-SiAlON为主并含有其他柱状晶的SiAlON复相半透明陶瓷更具实际意义。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供半透明Ca2+掺杂SiAlON复相陶瓷材料的制备方法及其产品。本发明可采用热压烧结或放电等离子烧结，工艺简单，可重复性强，烧结温度低，能实现批量工业化生产。制得的陶瓷材料为完全致密半透明Ca2+掺杂SiAlON复相陶瓷材料，具有优异的红外透光性能以及断裂韧性。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是
半透明Ca2+掺杂SiAlON复相陶瓷材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤
(1)根据通式Cam/2Si12_m_nAlm+n0nN16_n，其中0.8彡m彡1. 6，1. 0彡η彡2. 0的化学计量比选取α -Si3N4^AlN, α -Al2O3和CaCO3,混合，得到混合物Α，然后加入混合物B，混合，所述的混合物B为AlN和α -Si3N4的混合物，其中混合物B的重量为混合物A重量的l(T40wt%， 混合物B中α -Si3N4与AlN的重量比为(Γ5 :1 ；
(2)将步骤(1)得到的混合物以无水乙醇为分散介质，球磨至少M小时，得浆料；
(3)将步骤( 得到的浆料旋转蒸发干燥，然后真空干燥至少Mh，研磨，过100目筛， 得到筛下物；
(4)将步骤(3)过筛后的筛下物采用热压烧结或放电等离子烧结法进行烧结，所述的热压烧结是将筛下物放入热压烧结炉中，在烧结压力不小于保护下，以5 30°C/ min的升温速率升温至95(Tl05(TC保温l(T60min，然后以5 20°C /min的升温速率升温至 160(T185(TC烧结0. 5^2小时，随炉冷却，得到烧结体；所述的放电等离子烧结是将筛下物放入放电等离子烧结炉中，在烧结压力不小于30MI^和N2保护下，以5(T500°C /min的升温速率升温至95(Tl05(TC保温广2min，然后以5(T500°C /min的升温速率升至160(Tl85(TC 保温(T20min，随炉冷却，得到烧结体；
(5)将步骤(4)得到的烧结体切割、研磨、抛光至镜面，得到半透明的Ca2+离子掺杂 SiAlON复相陶瓷材料。按上述方案，步骤(2)中所述的球磨以Si3N4球为球磨介质，球料比为4:1。按上述方案，所述α -Si3N4的含氧量彡1. 6wt%，平均粒径彡0. 2 μ m。按上述方案，所述AlN的含氧量彡1. 0wt%,平均粒径彡0. 8 μ m。按上述方案，所述α -Al2O3的纯度为>99. 5%，平均粒径彡500nm。按上述方案，所述CaCO3的纯度为>99. 5%，平均粒径彡500nm。按上述方案，所述N2保护下的N2压力为0.0广0. IMPa0本发明的原理是通过Si3N4-AlN-Al2O3-CaO相图设计α -SiAlON平面内的成分点，在此基础上并额外添加AlN与Si3N4的混合物，使总的成分点位于α -SiAlON平面之下， 有利于减少晶间的玻璃含量，从而减少玻璃相对光的散射。本发明的有益结果1、本发明可采用热放电等离子烧结，亦可采用热压烧结制备半透明Ca2+掺杂SiAlON复相陶瓷材料，工艺简单，可重复性强，适用广泛，烧结温度低(可低至1600°C);2、所制备的致密半透明Ca2+稳定SiAlON复相陶瓷材料具有优良的红外透过性能与断裂韧性，该半透明Ca2+稳定SiAlON复相陶瓷材料在红外波段1. 0-5. 0 μ m最大透过率可达到62%，而且可通过组分设计调节其断裂韧性为4-5. 6MPa-m1/20


图1为本发明实施例1中所制得的半透明Ca2+稳定SiAlON复相陶瓷材料的XRD 谱图2为本发明实施例1中所制得的半透明Ca2+稳定SiAlON复相陶瓷材料的扫描电镜照片；
图3为本发明实施例1中所制得的半透明Ca2+稳定SiAlON复相陶瓷材料的直线透过
率；
图4为本发明实施例1中所制得的半透明Ca2+稳定SiAlON复相陶瓷材料的效果照片。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1
以含氧量为1. 5 wt%的α -Si3N4，含氧量为1. 0 wt%的AlN, α -Al2O3，CaCO3为原料，根据 Cam/2Si12_m_nAlm+n0nN16_n (m=0. 8,n=l. 0)的化学计量比选取总重量为 50g 的 α -Si3N4、AlN、 α -Al2O3^CaCO3原料，混合，并在该混合物中额外加入5g AlN,将上述原料在塑料瓶中混合， 以Si3N4球为球磨介质，球料质量比为4: 1，加入400ml无水乙醇，滚筒球磨M小时，得浆料；将浆料在旋转蒸发仪中60°C旋转蒸干，然后放入真空干燥箱真空干燥至少24h，再取出，研磨20min，过100目筛，得筛下物；将过筛后的筛下物装入直径为48mm的石墨模具中， 然后放入热压烧结炉中，在N2保护和烧结压力为30MPa的条件下，所述N2压力为0. IMPa, 以30°C /min的升温速率升至950°C保温lOmin，然后以5°C /min的升温速率升至1600°C， 保温烧结1小时，再随炉自然冷却；将冷却后的烧结体经过研磨、抛光后得到半透明Ca2+掺杂SiAlON陶瓷体(见图4)。将本实施例得到的半透明Ca2+掺杂SiAlON复相陶瓷材料进行XRD测试(见图1)， 图1说明所制备的材料主要为Ca-a-SiAlON，还含有少量的β-SiAlON以及AlN多型体 21R。进行SEM测试(见图2)，图2说明所制备的材料主要为等轴晶，晶粒大小均勻，也含有少量长径比较小的柱状晶。进行直线透过率测试(见图3)，图3说明所制备的材料在近红外区域有较高的透过率，制备出的0. 5mm厚的试样在红外波段最大透过率为50%，采用压痕法测得断裂韧性为 5. O MPa.m1/2。实施例2
以含氧量为1. 5 wt%的α -Si3N4，含氧量为1. O wt%的AlN, α -Al2O3，CaCO3为原料， 根据 Cam/2Si12_m_nAlm+nOnN16_n (m=0. 8，n=l. 0)的化学计量比选取总重量为 50g 的 α -Si3N4, Α1Ν、α -Al203、CaC03原料，并在该混合物中额外加入20g A1N，将上述原料在塑料瓶中混合， 以Si3N4球为球磨介质，球料比为4: 1，加入400ml无水乙醇，滚筒球磨M小时，得浆料；将浆料在旋转蒸发仪中60°C旋转蒸干，然后放入真空干燥箱真空干燥至少Mh，再取出，研磨 20min，过100目筛，得筛下物；将过筛后的筛下物装入直径为48mm的石墨模具中，然后放入热压烧结炉中，在N2保护和烧结压力为30MPa的条件下，所述N2压力为0. 05MPa,以30°C / min的升温速率升至950°C保温lOmin，然后以5°C /min的升温速率升至1600°C，保温烧结 1小时，再随炉自然冷却；将冷却后的烧结体经过研磨、抛光后得到半透明Ca2+掺杂SiAlON 陶瓷体。经测定，陶瓷块体为主要为Ca-α-SiAlON，还含有少量的β-SiAlON以及AlN多型体21R。制备出的0. 5mm厚的试样在红外波段最大透过率为62%，采用压痕法测得断裂韧性为 4. 8MPa.m1/2。实施例3
以含氧量为1. 5 wt%的α -Si3N4，含氧量为1. 0 wt%的AlN, α -Al2O3，CaCO3为原料，根据 Cam/2Si12_m_nAlm+n0nN16_n (m=l. 6,n=2. 0)的化学计量比选取总重量为 50g 的 α -Si3N4、AlN、 α -Al2O3> CaCO3原料，并在该混合物中额外加入16g α -Si3N4和4g AlN的复合物，将上述原料在塑料瓶中混合，以Si3N4球为球磨介质，球料比为4: 1，加入400ml无水乙醇，滚筒球磨M小时，得浆料；将浆料在旋转蒸发仪中60°C旋转蒸干，然后放入真空干燥箱真空干燥至少Mh，再取出，研磨20min，过100目筛，得筛下物；将过筛后的筛下物装入直径为48mm 的石墨模具中，然后放入热压烧结炉中，在N2保护和烧结压力为30MPa的条件下，所述N2压力为0. OlMPa,以30°C /min的升温速率升至950°C保温lOmin，然后以5°C /min的升温速率升至1600°C，保温烧结1小时，再随炉自然冷却；将冷却后的烧结体经过研磨、抛光后得到半透明Ca2+稳定SiAlON陶瓷体。经测定，陶瓷块体为主要为Ca- α -SiAlON,还含有少量的β -SiAlON以及AlN多型体12Η。制备的0. 5mm厚试样在红外波段最大透过率为43%，采用压痕法测得断裂韧性为 4. 0MPa.m1/2。实施例4
以含氧量为1. 5 wt%的α -Si3N4，含氧量为1. O wt%的AlN, α -Al2O3，CaCO3为原料，根据 Cam/2Si12_m_nAlm+nOnN16_n (m=l. 0,η=1. 5)的化学计量比选取总重量为 50g 的 α -Si3N4、AlN、 α -Al2O3^CaCO3原料，并在该混合物中额外加入IOg α -Si3N4和IOg AlN的复合物，将上述原料在塑料瓶中混合，以Si3N4球为球磨介质，球料比为4: 1，加入400ml无水乙醇，滚筒球磨M小时，得浆料；将浆料在旋转蒸发仪中60°C旋转蒸干，然后放入真空干燥箱真空干燥至少Mh，再取出，研磨20min，过100目筛，得筛下物；将过筛后的筛下物装入直径为48mm 的石墨模具中，然后放入热压烧结炉中，在N2保护和烧结压力为30MPa的条件下，所述N2压力为0. IMPa,以10°C /min的升温速率升至950°C保温60min，然后以5°C /min的升温速率升至1850°C，保温烧结1小时，再随炉自然冷却；将冷却后的烧结体经过研磨、抛光后得到半透明Ca2+掺杂SiAlON陶瓷体。经测定，陶瓷块体为主要为Ca-α -SiAlON，还含有少量的AlN多型体。制备出的 0. 5mm厚的试样在红外波段最大透过率为45%，采用压痕法测得断裂韧性为4. 5MPa-m1/20实施例5
以含氧量为1. 5 wt%的α -Si3N4，含氧量为1. 0 wt%的AlN, α -Al2O3，CaCO3为原料，根据 Cam/2Si12_m_nAlm+n0nN16_n (m=l. 6,n=2. 0)的化学计量比选取总重量为 50g 的 α -Si3N4、AlN、 α -Al2O3^CaCO3原料，并在该混合物中额外加入7. 5g α -Si3N4和7. 5g AlN的复合物，将上述原料在塑料瓶中混合，以Si3N4球为球磨介质，球料比为4: 1，加入400ml无水乙醇，滚筒球磨M小时，得浆料；将浆料在旋转蒸发仪中60°C旋转蒸干，然后放入真空干燥箱真空干燥至少Mh，再取出，研磨20min，过100目筛，得筛下物；将过筛后的筛下物装入直径为 48mm的石墨模具中，然后放入热压烧结炉中，在N2保护和烧结压力为30MPa的条件下，所述 N2压力为0. IMPa,以20°C /min的升温速率升至950°C保温30min，然后以10°C /min的升温速率升至1700°C，保温烧结1小时，再随炉自然冷却；将冷却后的烧结体经过研磨、抛光后得到半透明Ca2+掺杂SiAlON陶瓷体。经测定，陶瓷块体为主要为Ca- α -SiAlON,还含有少量的β -SiAlON以及AlN多型体8Η。制备的0. 5mm厚试样在红外波段最大透过率为34%，采用压痕法测得断裂韧性为 5. 6MPa.m1/2。实施例6
以含氧量为1. 5 wt%的α -Si3N4，含氧量为1. 0 wt%的AlN, α -Al2O3，CaCO3为原料，根据 Cam/2Si12_m_nAlm+n0nN16_n (m=l. 2,n=l. 5)的化学计量比选取总重量为 50g 的 α -Si3N4、AlN、 α -Al2O3> CaCO3原料，并在该混合物中额外加入IOg α -Si3N4和5g AlN的复合物，将上述原料在塑料瓶中混合，以Si3N4球为球磨介质，球料比为4: 1，加入400ml无水乙醇，滚筒球磨M小时，得浆料；将浆料在旋转蒸发仪中60°C旋转蒸干，然后放入真空干燥箱真空干燥至少Mh，再取出，研磨20min，过100目筛，得筛下物；将过筛后的筛下物装入直径为48mm 的石墨模具中，然后放入热压烧结炉中，在N2保护和烧结压力为30MPa的条件下，所述N2压力为0. IMPa,以30°C /min的升温速率升至950°C保温lOmin，然后以20°C /min的升温速率升至1700°C，保温烧结1小时，再随炉自然冷却；将冷却后的烧结体经过研磨、抛光后得到半透明Ca2+稳定SiAlON陶瓷体。经测定，陶瓷块体为主要为Ca- α -SiAlON,还含有少量的β -SiAlON以及AlN多型体8Η。制备的0. 5mm厚试样在红外波段最大透过率为57%，采用压痕法测得断裂韧性为 5. lMPa*m1/20实施例7
以含氧量为1. 5 wt%的α -Si3N4，含氧量为1. O wt%的AlN, α -Al2O3，CaCO3为原料，根据 Cam/2Si12_m_nAlm+nOnN16_n (m=l. 2,n=l. 5)的化学计量比选取总重量为 50g 的 α -Si3N4、AlN、 α -Al2O3> CaCO3原料，并在该混合物中额外加入15g α -Si3N4和5g AlN的复合物，将上述原料在塑料瓶中混合，以Si3N4球为球磨介质，球料比为4: 1，加入400ml无水乙醇，滚筒球磨M小时，得浆料；将浆料在旋转蒸发仪中60°C旋转蒸干，然后放入真空干燥箱真空干燥至少Mh，再取出，研磨20min，过100目筛，得筛下物；将过筛后的筛下物装入直径为48mm 的石墨模具中，然后放入热压烧结炉中，在N2保护和烧结压力为30MPa的条件下，所述N2压力为0. IMPa，以20°C/min的升温速率升至950°C保温30min，然后以10°C/min的升温速率升至1700°C，保温烧结2小时，再随炉自然冷却；将冷却后的烧结体经过研磨、抛光后得到半透明Ca2+掺杂SiAlON陶瓷体。经测定，陶瓷块体为主要为Ca-α-SiAlON，还含有少量的β-SiAlON以及AlN多型体21R。制备的0. 5mm厚试样在红外波段最大透过率为50%，采用压痕法测得断裂韧性为 4. 6MPa.m1/2。实施例8
以含氧量为1. 5 wt%的α -Si3N4，含氧量为1. 0 wt%的AlN, α -Al2O3，CaCO3为原料，根据 Cam/2Si12_m_nAlm+n0nN16_n (m=l. 2,n=l. 5)的化学计量比选取总重量为 50g 的 α -Si3N4、AlN、 α -Al2O3^CaCO3原料，并在该混合物中额外加入1. 5g α -Si3N4和13. 5 g AlN的复合物，将上述原料在塑料瓶中混合，以Si3N4球为球磨介质，球料比为4: 1，加入400ml无水乙醇，滚筒球磨M小时，得浆料；将浆料在旋转蒸发仪中60°C旋转蒸干，然后放入真空干燥箱真空干燥至少Mh，再取出，研磨20min，过100目筛，得筛下物；将过筛后的筛下物装入直径为 48mm的石墨模具中，然后放入热压烧结炉中，在N2保护和烧结压力为IOMPa的条件下，所述 N2压力为0. IMPa,以20°C /min的升温速率升至1050°C保温30min，然后以15°C /min的升温速率升至1700°C，保温烧结2小时，再随炉自然冷却；将冷却后的烧结体经过研磨、抛光后得到半透明Ca2+掺杂SiAlON陶瓷体。经测定，陶瓷块体为主要为Ca- α -SiAlON,还含有少量的β -SiAlON以及AlN多型体21R。制备的0. 5mm厚试样在红外波段最大透过率为47%，采用压痕法测得断裂韧性为 4. 8MPa.m1/2。实施例9
以含氧量为1. 5 wt%的α -Si3N4，含氧量为1. 0 wt%的AlN, α -Al2O3，CaCO3为原料，根据 Cam/2Si12_m_nAlm+n0nN16_n (m=l. 2,n=l. 5)的化学计量比选取总重量为 50g 的 α -Si3N4、AlN、 α -Al2O3> CaCO3原料，并在该混合物中额外加入IOg α -Si3N4和5g AlN的复合物，将上述原料在塑料瓶中混合，以Si3N4球为球磨介质，球料比为4: 1，加入400ml无水乙醇，滚筒球磨M小时，得浆料；将浆料在旋转蒸发仪中60°C旋转蒸干，然后放入真空干燥箱真空干燥至少Mh，再取出，研磨20min，过100目筛，得筛下物；将过筛后的筛下物装入直径为20mm 的石墨模具中，然后放入放电等离子烧结炉中，在N2保护和烧结压力为30MPa的条件下，所述N2压力为0. OlMPa,以50°C /min的升温速率升温至1050°C保温lmin，然后以50°C /min 的升温速率升温至1850°C，即刻随炉自然冷却；将冷却后的烧结体经过研磨、抛光后得到半透明Ca2+掺杂SiAlON陶瓷体。经测定，陶瓷块体为主要为Ca- α -SiAlON,还含有少量的β -SiAlON以及AlN多型体21R。制备的0. 5mm厚试样在红外波段最大透过率为46%，采用压痕法测得断裂韧性为 4. 8MPa.m1/2。实施例10
以含氧量为1. 5 wt%的α -Si3N4，含氧量为1. 0 wt%的AlN, α -Al2O3，CaCO3为原料，根据 Cam/2Si12_m_nAlm+n0nN16_n (m=l. 2,n=l. 5)的化学计量比选取总重量为 50g 的 α -Si3N4、AlN、 α -Al2O3> CaCO3原料，并在该混合物中额外加入15g α -Si3N4和5g AlN的复合物，将上述原料在塑料瓶中混合，以Si3N4球为球磨介质，球料比为4: 1，加入400ml无水乙醇，滚筒球磨M小时，得浆料；将浆料在旋转蒸发仪中60°C旋转蒸干，然后放入真空干燥箱真空干燥至少Mh，再取出，研磨20min，过100目筛，得筛下物；将过筛后的筛下物装入直径为20mm 的石墨模具中，然后放入放电等离子烧结炉中，在N2保护和烧结压力为30MPa的条件下，所述队压力为0. 05MPa,以200°C /min的升温速率升温至950°C保温lmin，然后以300°C /min 的升温速率升温至1600°C烧结lOmin，再随炉自然冷却；将冷却后的烧结体经过研磨、抛光后得到半透明Ca2+掺杂SiAlON陶瓷体。经测定，陶瓷块体为主要为Ca- α -SiAlON,还含有少量的β -SiAlON以及AlN多型体21R。制备的0. 5mm厚试样在红外波段最大透过率为51%，采用压痕法测得断裂韧性为5. 0MPa.m1/2。实施例11
以含氧量为1. 5 wt%的α -Si3N4，含氧量为1. 0 wt%的AlN, α -Al2O3，CaCO3为原料， 根据 Cam/2Si12_m_nAlm+n0nN16_n (m=l. 2，n=l. 5)的化学计量比选取总重量为 50g 的 α -Si3N4, Α1Ν、α -A1203、CaCO3原料，并在该混合物中额外加入1. 5g α -Si3N4和13. 5 g AlN的复合物，将上述原料在塑料瓶中混合，以Si3N4球为球磨介质，球料比为4: 1，加入400ml无水乙醇，滚筒球磨M小时，得浆料；将浆料在旋转蒸发仪中60°C旋转蒸干，然后放入真空干燥箱真空干燥至少Mh，再取出，研磨20min，过100目筛，得筛下物；将过筛后的筛下物装入直径为20mm的石墨模具中，然后放入放电等离子烧结炉中，在N2保护和烧结压力为IOMPa的条件下，所述N2压力为0. IMPa,以500°C /min的升温速率升温至1000°C保温lmin，然后以 5000C /min的升温速率升温至1750°C烧结20min，再随炉自然冷却；将冷却后的烧结体经过研磨、抛光后得到半透明Ca2+掺杂SiAlON陶瓷体。经测定，陶瓷块体为主要为Ca- α -SiAlON,还含有少量的β -SiAlON以及AlN多型体21R。制备的0. 5mm厚试样在红外波段最大透过率为62%，采用压痕法测得断裂韧性为 4. 0MPa.m1/2。上述实施例1-11中各原料的具体用量见下表1 表1各实施例中原料用量
权利要求
1.半透明Ca2+掺杂SiAlON复相陶瓷材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤(1)根据通式Cam/2Si12_m_nAlm+n0nN16_n，其中0.8彡m彡1. 6，1. 0彡η彡2. 0的化学计量比选取α -Si3N4^AlN, α -Al2O3和CaCO3,混合，得到混合物Α，然后加入混合物B，混合，所述的混合物B为AlN和α -Si3N4的混合物，其中混合物B的重量为混合物A重量的1(Γ40 wt%,混合物B中α -Si3N4与AlN的重量比为0 5 :1 ；(2)将步骤(1)得到的混合物以无水乙醇为分散介质，球磨至少M小时，得浆料；(3)将步骤( 得到的浆料旋转蒸发干燥，然后真空干燥至少Mh，研磨，过100目筛， 得到筛下物；(4)将步骤(3)过筛后的筛下物采用热压烧结或放电等离子烧结法进行烧结，所述的热压烧结是将筛下物放入热压烧结炉中，在烧结压力不小于30MPa和N2保护下，以 5 30°C /min的升温速率升温至95(Tl05(TC保温l(T60min，然后以5 20°C /min的升温速率升温至160(Γ1850 烧结0. 5^2小时，随炉冷却，得到烧结体；所述的放电等离子烧结是将筛下物放入放电等离子烧结炉中，在烧结压力不小于30MPa和N2保护下，以5(T500°C / min的升温速率升温至95(Tl05(TC保温广2min，然后以5(T500°C /min的升温速率升温至 160(Tl850°C，烧结(T20min，随炉冷却，得到烧结体；(5)将步骤(4)得到的烧结体切割、研磨、抛光至镜面，得到半透明的Ca2+离子掺杂 SiAlON复相陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的半透明Ca2+掺杂SiAlON复相陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的球磨以Si3N4球为球磨介质，球料比为4:1。
3.根据权利要求1所述的半透明Ca2+掺杂SiAlON复相陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述α -Si3N4的含氧量彡1. 6wt%，平均粒径彡0. 2 μ m。
4.根据权利要求1所述的半透明Ca2+掺杂SiAlON复相陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述AlN的含氧量彡1. 0wt%,平均粒径彡0. 8 μ m。
5.根据权利要求1所述的半透明Ca2+掺杂SiAlON复相陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述α -Al2O3的纯度为>99. 5%，平均粒径彡500nm。
6.根据权利要求1所述的半透明Ca2+掺杂SiAlON复相陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述CaCO3的纯度为>99. 5%，平均粒径彡500nm。
7.根据权利要求1所述的半透明Ca2+掺杂SiAlON复相陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述N2保护下的N2压力为0. 0Γ0. IMPa0
8.半透明Ca2+掺杂SiAlON复相陶瓷材料，其特征在于它是根据权利要求1所述的半透明Ca2+掺杂SiAlON复相陶瓷材料的制备方法制备得到的。
全文摘要
本发明涉及半透明的Ca2+离子掺杂SiAlON复相陶瓷材料的制备方法及其产品，该方法包括如下步骤根据通式Cam/2Si12-m-nAlm+nOnN16-n，其中0.8≤m≤1.6，1.0≤n≤2.0的化学计量比选取α-Si3N4、AlN、α-Al2O3和CaCO3，混合，得到混合物A，然后加入混合物B，混合，所述的混合物B为AlN和α-Si3N4的混合物，其中混合物B的重量为混合物A重量的10~40wt%，混合物B中α-Si3N4与AlN的重量比为0~5∶1；球磨干燥，过100目筛，采用热压烧结或放电等离子烧结法烧结，得到烧结体；切割、研磨、抛光至镜面，得到半透明的Ca2+离子掺杂SiAlON复相陶瓷材料。其可采用热放电等离子烧结，亦可采用热压烧结，烧结工艺简单，可重复性强，适用广泛，烧结温度低，制备的致密半透明Ca2+稳定SiAlON复相陶瓷材料具有优良的红外透过性能与断裂韧性。
文档编号C04B35/622GK102336570SQ20111017830
公开日2012年2月1日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者傅正义, 张清杰, 杨章富, 王为民, 王玉成, 王皓 申请人:武汉理工大学