CN104762658A - 一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法 - Google Patents

一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104762658A
CN104762658A CN201510218130.7A CN201510218130A CN104762658A CN 104762658 A CN104762658 A CN 104762658A CN 201510218130 A CN201510218130 A CN 201510218130A CN 104762658 A CN104762658 A CN 104762658A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum oxide
power
bar
horizontal orientation
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510218130.7A
Other languages
English (en)
Inventor
聂颖
张明福
刘洋
王文均
赵业权
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201510218130.7A priority Critical patent/CN104762658A/zh
Publication of CN104762658A publication Critical patent/CN104762658A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/44—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6581—Total pressure below 1 atmosphere, e.g. vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry

Abstract

一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法，它涉及一种制备氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法。本发明是要解决现有大体积共晶陶瓷在制备过程中存在生长缺陷多、共晶质量差的问题。方法：一、陶瓷料混合；二、化料；三、引晶；四、冷却及退火过程。本发明结合定向结晶法和垂直区熔法生长晶体的优点，使得制备的氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷具有尺寸大，缺陷少、硬度大、常温和高温力学性能突出、热稳定性强、易加工等优点。本发明用于制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷。

Description

一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法
技术领域
本发明涉及一种制备氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法。
背景技术
氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷高温下具有优异的抗氧化性、抗腐蚀性和力学性能，充分满足人们在先进航空航天领域对高温结构材料的苛刻要求。与传统单晶高温合金(密度8.0g/cm3)相比的低密度(4.1g/cm3)，预计使用在燃气汽轮机上可提高热效率高达9％，具有极大的工程应用前景和潜在经济价值。因此，近年来该材料引起世界各国的广泛关注，有望成为1650℃以上高温氧化性气氛下长期工作的首选超高温结构材料。
目前，生长氧化铝-钇铝石榴石共晶的方法包括改进的Bridgman方法、激光区熔法(LFZ)、边界外延生长法(EFG)、微抽拉法(μ-PD)、爆炸合成法、激光悬浮区熔法(LHFZ)等。Brigdman法虽然能够制备大体积陶瓷制品，但因陶瓷显微组织粗大，力学性能偏低，故难以获得工程应用；激光区熔法受限于激光光斑的直径，不适合制备体积较大的样品。微抽拉法因受高温定向凝固炉体积限制，目前仅适用于制备高性能亚微米相结构陶瓷纤维；对于激光悬浮区熔法因陶瓷熔体对激光辐射的高吸收系数以及陶瓷所固有的低热导率，从而导致其制备出的陶瓷棒材直径或板材厚度均较小(仅为数毫米)。如何以凝固技术制备大体积、高性能的氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷已成为该类材料得以广泛应用的瓶颈问题。因而当今氧化铝-钇铝石榴石共晶的生长研究重点依然是改进现有的晶体生长方法以制备更大体积共晶陶瓷，通过工艺控制和优化，减少其生长缺陷，提高共晶质量。
发明内容
本发明是要解决现有大体积共晶陶瓷在制备过程中存在生长缺陷多、共晶质量差的问题，而提供一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法。
本发明一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法是按以下步骤进行：
一、陶瓷料混合：按摩尔比称取81.5mol％的Al2O3和18.5mol％的Y2O3，混合得到混合料，然后采用乙醇湿法球磨5h～12h后烘干，装入筒状塑胶模具后用液压机冷等静压压制成φ30mm×150mm的棒体，在空气气氛下高温烧结，烧结温度为1500℃，烧结时间为5h～10h，得到棒状原料；
二、化料：将钼制舟形坩埚采用酒精洗涤3～5次，然后将YAG籽晶竖直嵌入到清洗后的钼制舟形坩埚的尖部，将棒状原料放入嵌有YAG籽晶的钼制舟形坩埚内，然后送入单晶炉，使钼制舟形坩埚垂直于发热体放置，封闭单晶炉，打开循环水和真空系统，冷循环系统的出水口温度设置在22℃～38℃，当真空度为5.0×10-3Pa时，给发热体通电使之升温，在加热的过程中，真空度控制在5.0×10-3Pa以上，当加热功率达到化料功率时，在化料功率的基础上增加3kW～5kW，然后保温3～5h，使得棒状原料熔化充分并对流平衡后，得到煮料后的棒状原料；
三、引晶：观察煮料后的棒状原料，当煮料后的棒状原料遇到YAG籽晶时，调节功率使得YAG籽晶既不生长也不熔化，此时的功率为引晶功率，然后在此引晶功率下保温30min～60min后，开始引晶，控制煮料后的棒状原料熔为熔体，当熔体液面到达YAG籽晶高3mm～5mm处，保持熔晶30min～50min，开始共晶生长；所述共晶生长速度为10mm/h～200mm/h，当熔区到达钼制舟形坩埚尾部边缘后，晶体生长结束；
四、冷却及退火过程：当晶体生长结束后，在2h～3h内从引晶功率降低至冷却功率；然后在24h～36h内从冷却功率降低至零功率；到达零功率后继续通水冷却和抽真空度24h～36h，完成水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷；所述冷却功率等于步骤二所述化料功率减少2kW。
本发明的原理：
本发明通过制备符合生长条件的料舟，控制坩埚的移动速率和精确调节温场的温度梯度。使得晶体的尺寸依赖于料舟的大小，晶体生长界面的稳定性则取决于坩埚的移动速率和温场的温度梯度。氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷生长的驱动力是在固液界面处维持一定的过冷度。在水平定向结晶法中，这种驱动力主要依靠调节发热体、保温装置以及循环水冷却系统等使在固液界面处形成一定的温度梯度。同时，为了获得高质量的共晶，在炉膛内形成合适的温场显得十分重要。在水平定向结晶法中，通过设计发热体的形状和改变保温装置的尺寸等方式，形成适合氧化铝-钇铝石榴石共晶生长的温场及热量传递途径。
本发明的有益效果：
1、本发明采用水平定向区熔结晶法相较于激光区熔法、边界外延法等生长方法，发热体作用面积大，不受限于激光光斑直径和激光辐射能量，生长出的板状氧化铝-钇铝石榴石共晶尺寸大于100mm×60mm×15mm，且具有硬度大、高温力学性能突出、热稳定性强等优点。
2、本发明采用舟型坩埚，自由的上表面占总接触表面的35％～40％，生长出的位错密度相对较小。
3、本发明制备的晶体的形状可以随坩埚的形状而定，使得生成的氧化铝-钇铝石榴石共晶加工余量小。整个生长过程在炉膛内，不直接暴露于空气对流的环境中，因此生长的氧化铝-钇铝石榴石共晶几乎无气泡和包裹体。
4、本发明采用水平定向区熔结晶法制备的氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷，具有尺寸大、缺陷少、硬度大、常温和高温力学性能突出、热稳定性强、易加工等突出优点，因此该技术应用前景广阔，该技术的推广和应用具有明显的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明的化料过程示意图；其中1为YAG籽晶，2为结晶体，3为熔化体，4为棒状原料，5为钼制舟形坩埚，6为发热体。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法是按以下步骤进行：
一、陶瓷料混合：按摩尔比称取81.5mol％的Al2O3和18.5mol％的Y2O3，混合得到混合料，然后采用乙醇湿法球磨5h～12h后烘干，装入筒状塑胶模具后用液压机冷等静压压制成φ30mm×150mm的棒体，在空气气氛下高温烧结，烧结温度为1500℃，烧结时间为5h～10h，得到棒状原料4；
二、化料：将钼制舟形坩埚采用酒精洗涤3～5次，然后将YAG籽晶1竖直嵌入到清洗后的钼制舟形坩埚4的尖部，将棒状原料4放入嵌有YAG籽晶1的钼制舟形坩埚内，然后送入单晶炉，使钼制舟形坩埚4垂直于发热体6放置，封闭单晶炉，打开循环水和真空系统，冷循环系统的出水口温度设置在22℃～38℃，当真空度为5.0×10-3Pa时，给发热体6通电使之升温，在加热的过程中，真空度控制在5.0×10-3Pa以上，当加热功率达到化料功率时，在化料功率的基础上增加3kW～5kW，然后保温3～5h，使得棒状原料4熔化充分并对流平衡后，得到煮料后的棒状原料；
三、引晶：观察煮料后的棒状原料，当煮料后的棒状原料遇到YAG籽晶1时，调节功率使得YAG籽晶1既不生长也不熔化，此时的功率为引晶功率，然后在此引晶功率下保温30min～60min后，开始引晶，控制煮料后的棒状原料熔为熔体，当熔体液面到达YAG籽晶1高3mm～5mm处，保持熔晶30min～50min，开始共晶生长；所述共晶生长速度为10mm/h～200mm/h，当熔区到达钼制舟形坩埚尾部边缘后，晶体生长结束；
四、冷却及退火过程：当晶体生长结束后，在2h～3h内从引晶功率降低至冷却功率；然后在24h～36h内从冷却功率降低至零功率；到达零功率后继续通水冷却和抽真空度24h～36h，完成水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷；所述冷却功率等于步骤二所述化料功率减少2kW。
本实施方式步骤一使得棒状原料熔化充分并对流平衡是通过来回移动钼制舟形坩埚达到的；当熔区离开加热区域，原料冷却成结晶体。
本实施方式步骤二所述化料功率是在加热功率升高过程中真空度发生波动，此时棒状原料开始融化，此功率值称为化料功率。
本实施方式采用步骤四所述的冷却及退火方式，其目的在于防止快速冷却对晶体造成热冲击。
本实施方式步骤二中的装料和提拉是将装满棒状原料的坩埚水平放置于一钼制托盘上；该托盘水平放置于带有定位限位的四根钼制圆杆上；四根钼制圆杆提拉端穿过高温合金制件，并用高温合金通过小孔定位加固；四根提拉杆的另一端采用带有缺口的钼片定位并加固。
本实施方式制备的大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷可以根据需要调节坩埚的宽度、长度和高度。其宽度不超过加热体的内部宽度，其长度最大不能超过提拉杆的行程，其高度最大不能接触上部发热体。提拉机构在石墨滚轴自由滑动。
本实施方式采用水平定向区熔结晶法相较于激光区熔法、边界外延法等生长方法，发热体作用面积大，不受限于激光光斑直径和激光辐射能量，生长出的板状氧化铝-钇铝石榴石共晶尺寸大于100mm×60mm×15mm，且具有硬度大、高温力学性能突出、热稳定性强等优点。
本实施方式采用舟型坩埚，自由的上表面占总接触表面的35％～40％，生长出的位错密度相对较小。
本实施方式制备的大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的形状可以随坩埚的形状而定，使得生成的氧化铝-钇铝石榴石共晶加工余量小。整个生长过程在炉膛内，不直接暴露于空气对流的环境中，因此生长的氧化铝-钇铝石榴石共晶几乎无气泡和包裹体。
本实施方式采用水平定向区熔结晶法制备的氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷，具有尺寸大、缺陷少、硬度大、常温和高温力学性能突出、热稳定性强、易加工等突出优点，因此该技术应用前景广阔，该技术的推广和应用具有明显的经济效益和社会效益。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中烧结时间为8h。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中所述发热体6为焊接的钨发热体；所述发热体6为扁平箱式。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤三中控制煮料后的棒状原料接触籽晶4mm。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中保持熔晶40min。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三中所述共晶生长速度为50mm/h。其他与具体实施方式一至五之一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法是按以下步骤进行：
一、陶瓷料混合：按摩尔比称取81.5mol％的Al2O3和18.5mol％的Y2O3，混合得到混合料，然后采用乙醇湿法球磨8h后烘干，装入筒状塑胶模具后用液压机冷等静压压制成φ30mm×150mm的棒体，在空气气氛下高温烧结，烧结温度为1500℃，烧结时间为8h，得到棒状原料；
二、化料：将钼制舟形坩埚采用酒精洗涤4次，然后将YAG籽晶嵌入到清洗后的钼制舟形坩埚，将1kg棒状原料放入嵌有YAG籽晶的钼制舟形坩埚内，然后送入单晶炉，封闭单晶炉，打开循环水和真空系统，冷循环系统的出水口温度设置在22℃～38℃，当真空度为5.0×10-3Pa时，给发热体通电使之升温，在加热的过程中，真空度控制在5.0×10-3Pa以上，当加热功率达到17.5kW时棒状原料开始熔化，然后在21.7kW的条件下保温4h，得到煮料后的棒状原料；
三、引晶：观察煮料后的棒状原料，当煮料后的棒状原料遇到籽晶时，调节功率使得籽晶既不生长也不熔化，此时的功率为引晶功率，然后在此引晶功率下保温30min后，开始引晶，控制煮料后的棒状原料接触籽晶3mm，保持熔晶40min，开始共晶生长；所述共晶生长速度为10mm/h，10h后熔区到达坩埚尾部边缘后，晶体生长结束；
四、冷却及退火过程：当晶体生长结束后，在3h内从引晶功率降低至19.7kW；然后在24h内从19.7kW降低至零功率；到达零功率后继续通水冷却和抽真空度30h，完成水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷。
本实施例制备的氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷尺寸为100mm×60mm×15mm。通过HVS-30型数显维氏硬度计，测试维氏硬度，硬度值为1635±34.5Gpa。整个共晶陶瓷升温、生长、冷却退火过程都通过功率控制实现。
实施例二：一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法是按以下步骤进行：
一、陶瓷料混合：按摩尔比称取81.5mol％的Al2O3和18.5mol％的Y2O3，混合得到混合料，然后采用乙醇湿法球磨8h后烘干，装入筒状塑胶模具后用液压机冷等静压压制成φ30mm×150mm的棒体，在空气气氛下高温烧结，烧结温度为1500℃，烧结时间为8h，得到棒状原料；
二、化料：将钼制舟形坩埚采用酒精洗涤4次，然后将YAG籽晶嵌入到清洗后的钼制舟形坩埚，将10kg棒状原料放入嵌有YAG籽晶的钼制舟形坩埚内，然后送入单晶炉，封闭单晶炉，打开循环水和真空系统，冷循环系统的出水口温度设置在22℃～38℃，当真空度为5.0×10-3Pa时，给发热体通电使之升温，在加热的过程中，真空度控制在5.0×10-3Pa以上，当加热功率达到18.5kW时棒状原料开始熔化，然后在23.5kW的条件下保温5h，得到煮料后的棒状原料；
三、引晶：观察煮料后的棒状原料，当煮料后的棒状原料遇到籽晶时，调节功率使得籽晶既不生长也不熔化，此时的功率为引晶功率，然后在此引晶功率下保温30min后，开始引晶，控制煮料后的棒状原料接触籽晶5mm，保持熔晶30min，开始共晶生长；所述共晶生长速度为200mm/h，1.2h后熔区到达坩埚尾部边缘后，晶体生长结束；
四、冷却及退火过程：当晶体生长结束后，在2.5h内从引晶功率降低至21.5kW；然后在30h内从21.5kW降低至零功率；到达零功率后继续通水冷却和抽真空度36h，完成水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷。
经检测本实施例生长的氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷质量良好，尺寸为220mm×200mm×40mm，硬度值为1513.6±63.4Gpa。整个共晶陶瓷升温、生长、冷却退火过程都通过功率控制实现。
实施例三：一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法是按以下步骤进行：
一、陶瓷料混合：按摩尔比称取81.5mol％的Al2O3和18.5mol％的Y2O3，混合得到混合料，然后采用乙醇湿法球磨8h后烘干，装入筒状塑胶模具后用液压机冷等静压压制成φ30mm×150mm的棒体，在空气气氛下高温烧结，烧结温度为1500℃，烧结时间为8h，得到棒状原料；
二、化料：将钼制舟形坩埚采用酒精洗涤4次，然后将YAG籽晶嵌入到清洗后的钼制舟形坩埚，将2.4kg棒状原料放入嵌有YAG籽晶的钼制舟形坩埚内，然后送入单晶炉，封闭单晶炉，打开循环水和真空系统，冷循环系统的出水口温度设置在22℃～38℃，当真空度为5.0×10-3Pa时，给发热体通电使之升温，在加热的过程中，真空度控制在5.0×10-3Pa以上，当加热功率达到18kW时棒状原料开始熔化，然后在21kW的条件下保温3h，得到煮料后的棒状原料；
三、引晶：观察煮料后的棒状原料，当煮料后的棒状原料遇到籽晶时，调节功率使得籽晶既不生长也不熔化，此时的功率为引晶功率，然后在此引晶功率下保温30min后，开始引晶，控制煮料后的棒状原料接触籽晶4mm，保持熔晶50min，开始共晶生长；所述共晶生长速度为50mm/h，3h后熔区到达坩埚尾部边缘后，晶体生长结束；
四、冷却及退火过程：当晶体生长结束后，在2h内从引晶功率降低至19kW；然后在36h内从19kW降低至零功率；到达零功率后继续通水冷却和抽真空度24h，完成水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷。
经检测本实施例生长的氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷尺寸为150mm×120mm×20mm，硬度值为1592.4±25.8Gpa。整个共晶陶瓷升温、生长、冷却退火过程都通过功率控制实现。

Claims (6)

1.一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法，其特征在于水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法是按以下步骤进行：
一、陶瓷料混合：按摩尔比称取81.5mol％的Al2O3和18.5mol％的Y2O3，混合得到混合料，然后采用乙醇湿法球磨5h～12h后烘干，装入筒状塑胶模具后用液压机冷等静压压制成φ30mm×150mm的棒体，在空气气氛下高温烧结，烧结温度为1500℃，烧结时间为5h～10h，得到棒状原料(4)；
二、化料：将钼制舟形坩埚采用酒精洗涤3～5次，然后将YAG籽晶(1)竖直嵌入到清洗后的钼制舟形坩埚(4)的尖部，将棒状原料(4)放入嵌有YAG籽晶(1)的钼制舟形坩埚内，然后送入单晶炉，使钼制舟形坩埚(4)垂直于发热体(6)放置，封闭单晶炉，打开循环水和真空系统，冷循环系统的出水口温度设置在22℃～38℃，当真空度为5.0×10-3Pa时，给发热体(6)通电使之升温，在加热的过程中，真空度控制在5.0×10-3Pa以上，当加热功率达到化料功率时，在化料功率的基础上增加3kW～5kW，然后保温3～5h，使得棒状原料(4)熔化充分并对流平衡后，得到煮料后的棒状原料；
三、引晶：观察煮料后的棒状原料，当煮料后的棒状原料遇到YAG籽晶(1)时，调节功率使得YAG籽晶(1)既不生长也不熔化，此时的功率为引晶功率，然后在此引晶功率下保温30min～60min后，开始引晶，控制煮料后的棒状原料熔为熔体，当熔体液面到达YAG籽晶(1)高3mm～5mm处，保持熔晶30min～50min，开始共晶生长；所述共晶生长速度为10mm/h～200mm/h，当熔区到达钼制舟形坩埚尾部边缘后，晶体生长结束；
四、冷却及退火过程：当晶体生长结束后，在2h～3h内从引晶功率降低至冷却功率；然后在24h～36h内从冷却功率降低至零功率；到达零功率后继续通水冷却和抽真空度24h～36h，完成水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷；所述冷却功率等于步骤二所述化料功率减少2kW。
2.根据权利要求1所述的一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法，其特征在于步骤一中烧结时间为8h。
3.根据权利要求1所述的一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法，其特征在于步骤二中所述发热体(6)为焊接的钨发热体；所述发热体(6)为扁平箱式。
4.根据权利要求1所述的一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法，其特征在于步骤三中控制煮料后的棒状原料接触籽晶4mm。
5.根据权利要求1所述的一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法，其特征在于步骤三中保持熔晶40min。
6.根据权利要求1所述的一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法，其特征在于步骤三中所述共晶生长速度为50mm/h。
CN201510218130.7A 2015-04-30 2015-04-30 一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法 Pending CN104762658A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510218130.7A CN104762658A (zh) 2015-04-30 2015-04-30 一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510218130.7A CN104762658A (zh) 2015-04-30 2015-04-30 一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104762658A true CN104762658A (zh) 2015-07-08

Family

ID=53644739

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510218130.7A Pending CN104762658A (zh) 2015-04-30 2015-04-30 一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104762658A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104988470A (zh) * 2015-07-30 2015-10-21 哈尔滨工业大学 一步脉冲激光沉积多层磁光薄膜的方法
CN105369345A (zh) * 2015-12-03 2016-03-02 洛阳西格马炉业股份有限公司 一种用于制备蓝宝石单晶体的坩埚和制备方法
CN107602096A (zh) * 2017-10-25 2018-01-19 哈尔滨工业大学 一种高能氧乙炔火焰束流改性氧化铝基陶瓷大尺寸构件表面局部纳米共晶强韧化的方法
CN107761167A (zh) * 2017-09-14 2018-03-06 中山大学 一种具有导光结构的稀土闪烁体材料及其制备方法和应用
CN107858750A (zh) * 2017-11-05 2018-03-30 西北工业大学 一种Al2O3‑YAG:Ce3+共晶荧光陶瓷的制备方法
CN109467416A (zh) * 2018-11-29 2019-03-15 贵州大东风机械股份有限公司 一种低气孔率刚玉及其制备方法
CN112552038A (zh) * 2020-11-13 2021-03-26 浙江大学 一种绿色荧光复合陶瓷及其制备方法和应用
CN113463195A (zh) * 2021-07-09 2021-10-01 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种生长梯度掺杂Yb: YAG单晶的方法
CN113683420A (zh) * 2021-07-27 2021-11-23 中国科学院金属研究所 一种大尺寸Al2O3/LuAG定向凝固共晶陶瓷及其光悬浮区熔制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102560665A (zh) * 2012-01-18 2012-07-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 铈掺杂氧化铝-钇铝石榴石共晶荧光材料的生长方法
CN103194791A (zh) * 2013-04-24 2013-07-10 哈尔滨工业大学 大尺寸板状蓝宝石单晶体的水平定向区熔结晶制备方法
CN103243380A (zh) * 2013-04-24 2013-08-14 哈尔滨工业大学 大尺寸Re:YAG系列激光晶体的水平定向区熔结晶制备法
CN103305911A (zh) * 2013-05-24 2013-09-18 哈尔滨工业大学 大尺寸Re:YAP系列激光晶体水平定向凝固制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102560665A (zh) * 2012-01-18 2012-07-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 铈掺杂氧化铝-钇铝石榴石共晶荧光材料的生长方法
CN103194791A (zh) * 2013-04-24 2013-07-10 哈尔滨工业大学 大尺寸板状蓝宝石单晶体的水平定向区熔结晶制备方法
CN103243380A (zh) * 2013-04-24 2013-08-14 哈尔滨工业大学 大尺寸Re:YAG系列激光晶体的水平定向区熔结晶制备法
CN103305911A (zh) * 2013-05-24 2013-09-18 哈尔滨工业大学 大尺寸Re:YAP系列激光晶体水平定向凝固制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D. SOLA等: "Study of the stability of the molten zone and the stresses induced during the growth of Al2O3–Y3Al5O12 eutectic composite by the laser floating zone technique", 《JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY》 *
J.Y. PASTOR等: "Fracture toughness and strength of Al2O3–Y3Al5O12 and Al2O3–Y3Al5O12–ZrO2 directionally solidified eutectic oxides up to 1900K", 《JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY》 *
张军等: "Al2O3/YAG 共晶自生复合陶瓷的激光熔凝实验研究", 《航天材料学报》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104988470A (zh) * 2015-07-30 2015-10-21 哈尔滨工业大学 一步脉冲激光沉积多层磁光薄膜的方法
CN105369345A (zh) * 2015-12-03 2016-03-02 洛阳西格马炉业股份有限公司 一种用于制备蓝宝石单晶体的坩埚和制备方法
CN105369345B (zh) * 2015-12-03 2018-01-26 河南西格马晶体科技有限公司 一种用于制备蓝宝石单晶体的坩埚和制备方法
CN107761167A (zh) * 2017-09-14 2018-03-06 中山大学 一种具有导光结构的稀土闪烁体材料及其制备方法和应用
CN107602096A (zh) * 2017-10-25 2018-01-19 哈尔滨工业大学 一种高能氧乙炔火焰束流改性氧化铝基陶瓷大尺寸构件表面局部纳米共晶强韧化的方法
CN107858750A (zh) * 2017-11-05 2018-03-30 西北工业大学 一种Al2O3‑YAG:Ce3+共晶荧光陶瓷的制备方法
CN109467416A (zh) * 2018-11-29 2019-03-15 贵州大东风机械股份有限公司 一种低气孔率刚玉及其制备方法
CN112552038A (zh) * 2020-11-13 2021-03-26 浙江大学 一种绿色荧光复合陶瓷及其制备方法和应用
CN113463195A (zh) * 2021-07-09 2021-10-01 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种生长梯度掺杂Yb: YAG单晶的方法
CN113463195B (zh) * 2021-07-09 2022-09-02 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种生长梯度掺杂Yb: YAG单晶的方法
CN113683420A (zh) * 2021-07-27 2021-11-23 中国科学院金属研究所 一种大尺寸Al2O3/LuAG定向凝固共晶陶瓷及其光悬浮区熔制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104762658A (zh) 一种水平定向区熔结晶制备大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的方法
CN103469293B (zh) 一种多晶硅的制备方法
WO2021008159A1 (zh) 一种适用于提拉法的线圈可移动式温场结构与单晶生长方法
CN102162123B (zh) 双加热器移动热屏式直拉单晶炉
CN102766901B (zh) 实时可调温度梯度法生长大尺寸高温晶体的装置及方法
US20110259262A1 (en) Systems and methods for growing monocrystalline silicon ingots by directional solidification
CN105442037A (zh) 一种高速单晶生长装置
CN104451885A (zh) 一种碳化硅晶体生长方法和装置
CN107935572A (zh) 一种具有特殊微结构的陶瓷材料及其制备方法
CN103572365B (zh) 一种侧部加热器可移动的铸锭炉及铸锭生产工艺
CN102108544A (zh) 一种控制长晶界面的多晶炉热场结构
CN103194791B (zh) 大尺寸板状蓝宝石单晶体的水平定向区熔结晶制备方法
CN104131339A (zh) 一种多晶硅片的制备方法
CN104846431A (zh) 一种大尺寸氧化铝-钇铝石榴石共晶陶瓷的垂直布里奇曼法制备法
CN202054920U (zh) 用于定向凝固法生长单晶硅的装置
CN102534772B (zh) 一种生长大晶粒铸造多晶硅的方法
CN104372407A (zh) 一种晶体硅定向凝固生长设备和方法
CN103305911B (zh) 大尺寸Re:YAP系列激光晶体水平定向凝固制备方法
CN104962993A (zh) 一种大尺寸镁铝尖晶石-钇铝石榴石共晶陶瓷的垂直布里奇曼制备法
CN205295534U (zh) 一种高速单晶生长装置
CN101812726A (zh) 一种镓掺杂p型晶体硅的制备方法
CN104294358B (zh) 一种多晶硅锭的制备方法及多晶硅锭
CN104911692A (zh) 一种大尺寸镁铝尖晶石-钇铝石榴石共晶陶瓷的水平定向区熔结晶制备方法
CN106012007B (zh) 一种强制对流生长晶体硅的方法及其装置
CN103966660B (zh) 一种准单晶硅锭生长方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150708

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication