[發明專利]一種利用熱壓燒結AlON透明陶瓷用石墨模具進行熱壓燒結AlON的方法

有效

• 申請號: 201811024123.3
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109109142B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 田庭燕;王震;張微;王穎;吳寧;李明
• 申請（專利權）人: 北京中材人工晶體研究院有限公司
• 主分類號: B28B7/42
• 分類號: B28B7/42;B28B7/34;B28B11/24;C04B35/58;C04B35/622;C04B35/626;C04B35/645
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 岳秀梅

一種利用熱壓燒結AlON透明陶瓷用石墨模具進行熱壓燒結AlON的方法，包括模具主體和底座，模具主體包括位于中央的型腔，整個型腔高度為130mm，模具的型腔設有錐度；模具主體的上部和下部分別設有臺階部，底座上部設有與之相對應的凸臺部。型腔內設有多個石墨墊片隔離粉料，所述石墨墊片厚度為4mm，模具的型腔內壁上設有排氣孔，排氣孔為圓形或十字形，排氣孔的數量在模具自下而上的高度方向上逐步減少。提高了燒結產品的致密度，增加了成品率、力學和光學等性能。

技術領域

本發明涉及陶瓷材料領域，尤其涉及一種利用熱壓燒結AlON透明陶瓷用石墨模具進行熱壓燒結AlON的方法。

背景技術

氮氧化鋁(AlON)是Al₂O₃-AlN二元體系中的一個穩定的單相固溶體，是一種透明多晶陶瓷，其強度和硬度高達380MPa和1800kg/mm²，僅次于單晶藍寶石，從近紫外(0.2μm) 到中紅外(6.0μm)有著很好的光學透過性，因此，AlON透明陶瓷可應用于輕型防護和裝甲防彈等對于材料硬度、韌性和透光性都有嚴格要求的應用領域。目前制備AlON透明陶瓷所用AlON粉體的制備方法主要有兩種：高溫固相反應法和氧化鋁還原氮化法。其中，高溫固相反應法的反應機理是以Al₂O₃和AlN粉體為原料在高溫下進行固相反應得到AlON粉體，該方法工藝簡單，但要求AlN和Al₂O₃粉必須高純超細，其中高質量的 AlN粉體主要依賴進口，價格較高，導致生產成本較高，同時高溫固相反應法反應速率不易控制，易引起粉體團聚或混合不均勻，從而嚴重影響材料的透光性，因此難以實現產業化。氧化鋁還原氮化法是指采用Al₂O₃粉體為原料，與C、Al、NH₃、H等還原劑混合，隨后在氮氣環境下還原得到AlON粉體，該方法中，主要原料Al₂O₃粉體純度高、粒度小、性能穩定且價格便宜，同時以碳作為還原劑得到的產品質量穩定可靠，還原氮化反應工藝可控性好，安全、環保，所制備的AlON粉體純度高，因此碳熱還原氮化法制備高純AlON粉具有非常好的應用前景，易實現批量化生產。但上述氧化鋁還原氮化法制備出的AlON粉體，是高溫燒結后得到的，需要經過再進一步的破碎和磨細，該過程增加了工序和生產成本，同時在破碎細磨過程中易引入雜質，降低粉體的質量。

目前AlON透明陶瓷制品的主要制備方法為熱壓燒結與無壓燒結，其中熱壓燒結法是一種機械加壓的燒結方法，把AlON等陶瓷粉末裝在熱壓模具內，在加壓的同時將粉末加熱到燒成溫度，從外部施加壓力補充驅動力，因此可以在較短的時間內達到致密化，并且獲得具有細小均勻晶粒的顯微結構，石墨模具是常用的模具材料，相對便宜，易加工，且高溫抗蠕變性非常好。但目前在制備過程中，亟待解決的兩個問題是石墨模具的脫模和除氣，由于AlON粉體中含有一定數量的氣體，在熱壓過程中粉體被壓實，粉體中的氣體被壓出，如果排氣不順暢，則被壓出的氣體不能及時排出，留在工件內部，造成氣孔缺陷，使產品部件的致密性下降，影響性能，并使得廢品率增加。同時熱壓燒結成型在高溫下進行，由于高溫下石墨有可能與陶瓷試樣發生反應，造成接觸面的侵蝕或產品粘在模具壁上，脫模困難。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種熱壓燒結AlON透明陶瓷用石墨模具。

本發明完整的技術方案包括：

一種熱壓燒結AlON透明陶瓷用石墨模具，其特征在于，所述模具包括模具主體和底座，模具主體包括位于中央的型腔，整個型腔高度為130mm，模具的型腔設有(1:9)～ (1：12)的錐度；

模具主體的上部和下部分別設有臺階部，所述臺階部的直徑為130mm，高度為15mm，底座上部設有與之相對應的凸臺部，凸臺部的直徑為130mm，高度為15mm。型腔內設有多個石墨墊片隔離粉料，所述石墨墊片厚度為4mm；