镁铝尖晶石透明陶瓷材料的制备及性能

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1、硕士学位论文镁铝尖晶石透明陶瓷材料的制备及性能FABRICATIONANDPROPERTIESOFTRANSPARENTMAGNESIUMALUMINATESPINELCERAMICS李骏逸哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TB174学校代码：10213国际图书分类号：666密级：公开工学硕士学位论文镁铝尖晶石透明陶瓷材料的制备及性能硕士研究生：李骏逸导师：叶枫教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG174U.D.C:666Dissertati

2、onfortheMasterDegreeinEngineeringFABRICATIONANDPROPERTIESOFTRANSPARENTMAGNESIUMALUMINATESPINELCERAMICSCandidate：LiJunyiSupervisor：Prof.YeFengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,201

3、5Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要溶胶凝胶法制备粉体工艺，由于其具有产率高、制备纯度高以及成本低等优点，受到广泛关注。然而关于溶胶凝胶法用于镁铝尖晶石透明陶瓷制备的报道较少。透明陶瓷的光学性能对气孔、杂质等极为敏感，高的气孔率，缺陷数量以及杂质含量均大大降低了材料的透光度。镁铝尖晶石透明陶瓷材料具有优良的综合性能，然而其烧结活性较差，烧结温度高，合成粉体纯度低，对高品质镁铝尖晶石的制备提出了挑战。因此，采用溶胶凝胶法制备高烧结活性尖晶石粉体及研究S

4、PS烧结工艺对透明材料性能影响具有重要的意义。本文以硝酸盐及柠檬酸为原料，通过溶胶凝胶法，成功制备了纳米、高纯度镁铝尖晶石粉末。结果表明，当柠檬酸与金属阳离子摩尔比为1:1，300oC进行燃烧反应，得到成分均匀并具有最佳的低温析晶性能的前驱体。前驱体在600oC开始析晶，800oC时能完全除去有机物。粉体尺寸及团聚程度随焙烧温度增加而增加。粉体在800oC/2h焙烧后其比表面积可达39.2m2/g，颗粒尺寸为17.1nm，并在SPS烧结中表现出最佳的烧结活性。陶瓷致密化行为及性能受烧结工艺影响。结果表明，采用SPS法在1400oC/40MPa/20oC/min工

5、艺下制备陶瓷材料致密度最高，透光性最佳。陶瓷材料的力学及透光性能均随升温速率降低而提高，低的升温速率有助于材料致密化及晶粒适当长大。烧结温度提高可能导致渗碳加剧，过低烧结温度材料致密度较差。在该工艺下制备材料其强度可达215MPa。以氟化锂作为添加剂，可以有效的降低烧结开始温度，提高材料致密度。并且在烧结过程中产生的气相，能够除去SPS烧结过程中的沉积碳，提高材料光学性能。材料的弯曲强度、硬度以及弹性模量均随着添加剂含量增加而增加。而当添加剂含量为1wt.%时，材料断裂韧性及光学性能最高，透光率在2000nm波段达65%,，韧性为2.92MPa∙m1/2。添加剂

6、含量继续增加会形成残留第二相，影响材料光学性能。通过优化制备工艺，使用SPS法在1400oC20-50oC/min工艺下以1wt.%LiF作为添加剂，制备材料组织成分单一，因此，此工艺条件下制备的材料，其透光性主要受气孔影响。随着升温速度的增大，材料的气孔率增大，其透光性降低。因此，在较低升温速率条件下制备高透光性镁铝尖晶石透明陶瓷较为适宜。关键词：镁铝尖晶石；致密化；显微组织；力学性能；光学性能-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractSol-gelmethodhasreceivedmuchattentionduetoitsexcellentprop

7、erties,suchashighproductivity,productpurityandlowcost.However,thereportonspinelpowdersynthetizedbysol-gelprocesswasrare.Porosity,defectsandimpurityhavegreatadverseeffectsonthelighttransmittanceofthetransparentceramics.TransparentMgAl2O4ceramicspossessgoodpropertiesincludinghightransm

8、ittanceandst