氮氧化鋁（Al(64+x)/3O32-xNx通稱AlON）透明陶瓷在可見和中紅外波段擁有良好的透過率，且具有高強度、高硬度的顯著優(yōu)點，可應用于紅外光學窗口、安防裝備、深水潛望鏡等領域，還有望用作電子消費品的窗口。自本世紀初以來，中國科學院上海硅酸鹽研究所持續(xù)致力于AlON透明陶瓷的研究，近年來取得了系列原創(chuàng)性成果。近日，上海硅酸鹽所王士維研究員帶領的研究團隊在?AlON透明陶瓷的粉體合成、微結(jié)構(gòu)調(diào)控、致密化機理、光學窗口研制以及應用考核等方面取得系列進展。
AlON透明陶瓷頭罩和安防裝備部件
團隊發(fā)展了高純度AlON粉體的兩步合成技術(shù)，提出了流態(tài)化合成方法及裝置，解決了碳熱還原反應波動、產(chǎn)物組分偏差的關(guān)鍵問題，有力保障了透明陶瓷研究所需的高純AlON粉體?；诖?，團隊合成了不同N/O比的AlON粉體，并研究了AlON陶瓷性能隨組分的變化規(guī)律，獲得不同特性的系列化AlON透明陶瓷【Ceram. Int.?46 (2020) 16677】。在AlON透明陶瓷微結(jié)構(gòu)調(diào)控方面，團隊研究了組合燒結(jié)助劑對致密化和透明化的作用及其機理，發(fā)現(xiàn)通過控制Y2O3添加量，能夠在AlON晶粒內(nèi)形成(111)孿晶界的插層結(jié)構(gòu)，這種孿晶界能夠阻止位錯的遷移，進而改變裂紋擴展方向，提高了AlON透明陶瓷的力學性能【J. Euro. Ceram. Soc.?38 (2018) 3235】。在AlON透明陶瓷光學性能優(yōu)化方面，團隊發(fā)現(xiàn)AlON透明陶瓷特有的晶粒內(nèi)雙折射現(xiàn)象，證實了AlON透明陶瓷的致密化是以氣相傳輸主導的燒結(jié)機制?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，提出了氣-固轉(zhuǎn)變的熱等靜壓致密化新機制【J. Euro. Ceram. Soc.?41 (2021) 4327】，研制的AlON透明陶瓷光學質(zhì)量得到顯著提升。
不同N/O比AlON的(a)XRD圖譜及(b)透明陶瓷樣品
團隊開展了AlON透明陶瓷窗口和頭罩樣件的研制工作，解決了大尺寸透明陶瓷成型、燒結(jié)等關(guān)鍵技術(shù)問題，通過了有關(guān)抗彈性能和高溫紅外性能的初步驗證試驗，為后期應用奠定了基礎。
AlON的孿晶界、裂紋擴展及位錯遷移