CN115636672A - 一种大尺寸AlON透明陶瓷的流延成型生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大尺寸AlON透明陶瓷的流延成型生产方法，属于透明陶瓷的制备技术领域。本发明是采用Al₂O₃和AlN粉体直接作为原料，通过添加烧结助剂、分散剂、增塑剂、黏结剂进行球磨混合后得到陶瓷浆料，然后采用流延成型，干燥后得到Al₂O₃/AlN流延片，对流延片进行高温烧结后得到大尺寸高质量AlON透明陶瓷。本发明提供的制备工艺有效避免了传统的制备AlON透明陶瓷方法存在的需要制备高纯AlON粉体导致的制备周期长、工艺参数难控等问题，能够直接实现大尺寸AlON透明陶瓷的制备，并且有效解决了大尺寸流延片干燥后表面不平整、存在裂纹等缺陷，可很好实现大尺寸AlON透明陶瓷的规模化和连续性生产。

Description

一种大尺寸AlON透明陶瓷的流延成型生产方法

技术领域

本发明属于透明陶瓷的制备技术领域，具体涉及一种大尺寸AlON透明陶瓷的流延成型生产方法。

背景技术

氮氧化铝(AlON)因具有良好的耐高温性、热振稳定性、抗侵蚀性和可加工性能，以及具有优越的光学性能，在近紫外光到中红外光波段(0.2～5.0μm)内有着很高的透光性，且透光性为各方向同性，因此可作为一种性能优良的透明陶瓷产品，已被广泛应用于国防和民用领域，其应用不仅涵盖军用领域如透明装甲、导弹整流罩、红外窗口等，还可以延伸到民用领域例如民航飞机驾驶室的视窗等。

为了制备出致密性好、透明度高的AlON透明陶瓷，国内外科研工作者对其制备方法进行了大量研究，目前的研究结果表明：制备出性能优良的AlON粉末是制备AlON透明陶瓷的先决条件。

制备AlON粉末的方法最常用的是固相反应法和氧化铝碳热还原法。然而固相反应法要求所用氮化铝粉体原料必须具备超细、高纯和易分散的特点，这明显增加了生产成本；而碳热还原法虽然原料简单，不需要AlN粉末且适合大批量生产，但存在反应时间长、受原料配比影响较大，不易合成纯相γ-AlON粉末的缺点。因此，现有的AlON粉末的制备方法大多存在反应温度较高、保温时间长、粉末粒径较大、出现烧结不均匀现象以及难以破碎或破碎时间长等问题。

另一方面，粉体烧结制备A1ON陶瓷的方法主要包括无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、放电等离子烧结和微波烧结等。然而目前用于制备AlON陶瓷的方法普遍存在烧结温度过高、时间较长或难以烧结大尺寸、形状复杂样品等缺陷。

因此，目前想要制备出高光学性能的AlON透明陶瓷产品，仍然需要对于粉体的合成工艺、陶瓷的光学质量以及大尺寸样品的制备工艺进一步进行探索和优化。

第三方面，成型工艺在陶瓷的制备过程中发挥着重要的作用。AlON透明陶瓷的成型方法主要有干压成型、冷等静压成型、凝胶注成型等，对于透明陶瓷来说，成型工艺在一定程度对透明度会产生影响。特别是，随着AlON透明陶瓷的应用领域不断拓展，以往制备AlON透明陶瓷采用干压成型、凝胶注模成型等成型方法已经无法满足透明陶瓷在大尺寸和复杂形状上的高要求。如文献《YAG透明陶瓷胶态成型技术研究进展》(陈晶等，材料导报，2014)记载：“干压成型不易制备大尺寸、复杂形状的陶瓷材料，干压成型制备的生坯内的气孔大多为闭合气孔，不利于陶瓷的致密化。”另外硕士论文《高纯AlON粉体的制备与性能研究》一文中记载：“使用干压成型，方法简单、操作方便，但是在压制过程中可能会导致陶瓷坯体出现层状开裂，对于AlON透明陶瓷，为了不引入杂质不加入一定量的粘结剂，这更会由于粉体颗粒之间的粘结力不足导致坯体强度、密度不高。”因此，现有文献中提及的直接采用Al₂O₃和AlN粉体混合后通过干压成型并结合固相烧结的方法，只适用于小尺寸的AlON透明陶瓷的制备，而无法用于大尺寸AlON透明陶瓷的制备。目前对于大尺寸复杂形状AlON透明陶瓷的制备是一大难点。

已有文献表明，流延成型方法可以较好用于大尺寸陶瓷薄片的生产，但现有的流延成型方法均需要先经历复杂的AlON粉体的制备流程，才能进行大尺寸产品的成型和烧结。这些方法均存在制备周期长、工艺参数难控制等问题，同时大尺寸流延片在干燥后容易出现表面不平整、存在裂纹等缺陷，现有的大尺寸AlON透明陶瓷的生产工艺无法满足实际需求。

因此，现有的制备方法在用于制备大尺寸AlON透明陶瓷方面，仍然存在以下问题：一是必需使用高纯、超细的陶瓷原料粉体来制备出高质量的AlON粉体；二是制备透明陶瓷时必需对烧结工艺进行严格控制，存在制备周期长、工艺参数难控制、产品连续化、批量化生产的差异大的问题。

专利文献CN 107344854 A公开了一种制备氮氧化铝透明陶瓷的方法，其是将高纯的氧化铝粉体和氮化铝粉体混合球磨后装入模具，采用放电等离子体烧结得到AlON陶瓷，然后再进行第二次烧结得到光学透过率高的AlON陶瓷。该制备方法存在烧结工艺复杂、制备时间长、工艺难控制的缺点，不适合用于大尺寸AlON透明陶瓷的连续化生产。

专利文献CN 104876587 A公开了一种防紫晕透明陶瓷面板的制备方法，其需要采用复杂的工艺先制备出高纯的陶瓷粉料，才能用于制备透明陶瓷，虽然其流延成型工艺适用于生产大尺寸AlON透明陶瓷，但高纯陶瓷粉料的制备过程仍然较为复杂、工艺参数要求高、制备周期长。

专利文献CN 114409394 A公开了一种采用流延成型的方法制备大尺寸透明陶瓷薄片的方法，然而该方法必需要先烧结制备高纯YAG粉体，才能用于制备大尺寸YAG透明陶瓷，其高纯粉体的制备过程复杂，而针对于粉体要求更高的AlON透明陶瓷而言，采用该方法需要极为复杂的高性能AlON粉体的制备过程，存在制备过程复杂、工艺参数难控制、生产周期长的问题。

专利文献CN 113716951 B公开了一种大尺寸薄片复合结构YAG基透明陶瓷的制备方法，其同样需要先烧结制备高性能的原料粉体，然后再通过流延成型制备大尺寸YAG透明陶瓷薄片，存在高纯原料粉体的烧结过程复杂、工艺参数难控制、生产周期长的问题。

专利文献CN 106478108 A公开了一种制备大尺寸AlON透明陶瓷的方法，其同样是先制备出高纯的AlON粉体，然后才采用干压成型烧结得到大尺寸AlON透明陶瓷。同样存在高纯超细AlON粉体的制备过程复杂、工艺参数难控制、生产周期长的问题。

因此，能否找到一种工艺简单可控、原料易得、不需要制备高性能原料粉体即可连续性生产大尺寸AlON透明陶瓷的流延成型方法，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述技术问题，从而提供一种大尺寸AlON透明陶瓷的流延成型生产方法。本发明的技术目的主要在于：一是解决现有的大尺寸AlON透明陶瓷采用流延成型方法制备过程均需要先制备出高纯、超细的AlON粉体的问题，而提供一种无需制备高纯、超细AlON粉体，直接采用氧化铝和氮化铝原料来制备大尺寸AlON透明陶瓷的流延成型方法；二是解决现有的大尺寸AlON透明陶瓷制备过程中存在的工艺复杂、参数难控制、生产周期长的问题；三是解决现有流延成型方法制备大尺寸AlON透明陶瓷过程存在的表面不平整、存在裂纹的问题。

为了实现上述技术目的，本发明采用了如下的技术方案来解决：

一种大尺寸AlON透明陶瓷的流延成型生产方法，包括以下步骤：

(1)将Al₂O₃粉体和AlN粉体混合，向混合后的陶瓷粉体中加入烧结助剂；

(2)以乙醇和二甲苯作为混合溶剂，然后向混合溶剂中加入分散剂；

(3)将步骤(1)所得物加入到步骤(2)所得物中，进行第一次球磨，然后加入增塑剂和黏结剂，所述增塑剂为聚乙二醇-1000和邻苯二甲酸丁苄酯，增塑剂中聚乙二醇-1000和邻苯二甲酸丁苄酯的添加量均占陶瓷粉体总重量的1～10％；所述黏结剂为聚乙烯醇缩丁醛酯，黏结剂的添加量为陶瓷粉体总重量的8～15％；进行第二次球磨，得到Al₂O₃和AlN有机相的陶瓷浆料，将陶瓷浆料的固含量调成30～50wt％；

(4)将步骤(3)得到的陶瓷浆料进行除泡，然后流延成型，将流延片于16℃下避风干燥48小时后脱模，得到陶瓷素坯；

(5)将步骤(4)所得陶瓷素坯于马弗炉中500-700℃排胶15-20h，然后置于氮化硼坩埚中，于氮气气氛下经高温烧结，得到大尺寸AlON透明陶瓷。

对于AlON透明陶瓷的制备工艺，现有研究均表明：必需要先制备出高纯AlON粉体，才能制备出光学性能优良的AlON透明陶瓷。然而在制备大尺寸AlON透明陶瓷的过程中，传统的碳热还原法制备AlON陶瓷粉体过程的制备周期长、工艺参数难以控制，这给大尺寸AlON透明陶瓷的批量化和连续性生产带来了压力，也增加了大量成本。而本发明提供的上述制备方法是直接采用Al₂O₃粉体和AlN粉体来经过流延成型，无需复杂的工艺来制备AlON粉体，能够直接实现大尺寸AlON透明陶瓷的制备，因而其制备工艺简单、原料易得、生产周期短、成本较低。

另一方面，现有的流延成型方法在制备大尺寸AlON透明陶瓷过程中，存在大尺寸流延片干燥后表面不平整、大量出现裂纹等现象，而本发明在无需制备高性能AlON粉体的前提下，还进一步解决了现有大尺寸AlON透明陶瓷干燥和烧结过程中容易出现的表面不平整和出现大量裂纹的缺陷，本发明方法获得的大尺寸AlON透明陶瓷表面平整、无裂纹，且透过率高，能够高效实现该类产品的规模化和连续性生产。

进一步的是，步骤(1)中所述Al₂O₃粉体和AlN粉体的重量比为75～85:25～35。

进一步的是，步骤(1)中所述烧结助剂为MgO和Y₂O₃的混合物，烧结助剂中MgO的添加量为陶瓷粉体总质量的0.05～0.5％，Y₂O₃的添加量为陶瓷粉体总重量的0.05～0.5％。

进一步的是，步骤(2)中所述混合溶剂中乙醇和二甲苯的体积比为3～8:2～4。

进一步的是，步骤(2)中所述分散剂为鲱鱼鱼油，分散剂的添加量为陶瓷粉体总重量的0.05～2％。

进一步的是，步骤(3)中所述第一次球磨的转速为150～200r/min，球磨时间为1～5h。

进一步的是，步骤(3)中所述第二次球磨的转速为200～250r/min，球磨时间为5～15h。

进一步的是，步骤(4)中所述除泡的条件为采用真空除泡机，设置真空压力为0.01～1Mpa，除泡时间为10～30min。

进一步的是，步骤(4)中所述流延成型的操作为：将陶瓷浆料倒入模具中，控制流延膜带的运行速度为2～20cm/min，控制流延的刮刀高度为0.5～2mm。

进一步的是，步骤(4)中对脱模后的流延片进行裁剪和叠层处理，叠层温度为80～100℃，压力为2～30Mpa，保压时间为2～20min；然后经冷等静压处理，冷等静压的压力为200～300Mpa，保压时间为20～30min，得到陶瓷素坯。

进一步的是，步骤(5)中所述于氮气气氛下高温烧结的操作为：在1L/min氮气流速下，于1600～1700℃烧结10～20h，1900～2000℃保温10～20h。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明提供了一种可以无需制备AlON高纯粉体即可实现大尺寸AlON透明陶瓷的制备方法，具备工艺简单、原料易得的优点；

(2)本发明提供的大尺寸AlON透明陶瓷的制备方法，减少了AlON高纯粉体的制备过程，避免了AlON高纯粉体制备过程复杂、工艺参数难控制、生产周期长的问题，具备工艺操作简单、生产周期短、生产效率大大提高的特点，很好的降低了制备成本；

(3)本发明的制备方法可以实现大尺寸AlON透明陶瓷的连续化和规模化生产，制备得到的大尺寸AlON透明陶瓷的表面平整，基本不存在裂纹。

附图说明

图1-3为本发明实施例1-3的方法制备大尺寸AlON透明陶瓷薄片时获得的流延片素坯图和透明陶瓷实物图；

图4为对比例1的方法制备大尺寸AlON透明陶瓷薄片时得到的流延片经干燥后的素坯图；

图5-6为对比例2的方法制备大尺寸AlON透明陶瓷薄片时得到的流延片经干燥后的素坯图；

图7为对比例3的方法制备大尺寸AlON透明陶瓷薄片时得到的流延片经干燥后的素坯图；

图8为对比例4的方法制备大尺寸AlON透明陶瓷薄片时得到的流延片经干燥后的素坯图；

图9为对比例5的方法制备大尺寸AlON透明陶瓷薄片时得到的流延片在干燥前(a)和干燥后(b)的素坯图；

图10为对比例6的方法制备大尺寸AlON透明陶瓷薄片时得到的流延片经干燥后的素坯图；

图11为对比例7的方法制备大尺寸AlON透明陶瓷薄片时得到的流延片经干燥后的素坯图；

图12为对比例8的方法制备大尺寸AlON透明陶瓷薄片时得到的流延片经干燥后的素坯图(a)以及进行叠片(b和c)后的实物图；

图13为对比例9的方法制备大尺寸AlON透明陶瓷薄片时得到的流延片经干燥后的素坯图；

图14为对比例10的方法制备大尺寸AlON透明陶瓷薄片时得到的流延片在干燥前(a)和干燥后(b)的素坯图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

一种大尺寸AlON透明陶瓷的流延成型生产方法，包括以下步骤：

(1)将70份Al₂O₃粉体和30份AlN粉体混合作为陶瓷粉体，加入0.1份MgO(占陶瓷粉体总质量0.1％)和0.08份Y₂O₃(占陶瓷粉体总质量0.08％)作为烧结助剂；

(2)将50mL乙醇和30mL二甲苯混合(按照5：3体积比混合)作为溶剂，向其中加入1.5mL鲱鱼鱼油作为分散剂；

(3)将步骤(1)所得物和步骤(2)所得物混合后加入到球磨罐内第一次球磨混合5h，转速为150r/min；然后加入2份增塑剂聚乙二醇-1000(占陶瓷粉体总质量2％)和2份邻苯二甲酸丁苄酯(占陶瓷粉体总质量2％)、10份黏结剂聚乙烯醇缩丁醛(占陶瓷粉体总质量10％)后第二次球磨10h，转速250r/min，得到陶瓷浆料，调整固含量为30wt％；

(4)将混合好的陶瓷浆料过筛后采用真空除泡机在-0.1MPa大气压强下以120rpm的转速进行除泡30min，将除泡后的浆料倒入流延机的料槽中进行流延成型，其中刮刀高度2mm，膜带传送速度10cm/min，后经恒温16℃下避风干燥48小时后脱模得到流延片。对流延片裁剪为90*90mm的正方形后进行的叠层处理得到陶瓷素坯，叠层温度100℃、压力6Mpa、保压时间30min，后将陶瓷素坯置于冷等静压机中，在200MPa压力下保持15分钟；

(5)将素坯置于马弗炉中进行排胶，先将素坯在200℃下烧5h，升温速率为1℃/min；然后将素坯在500℃下烧10h，升温速率为1℃/min；最后将素坯在700℃下排10h，升温速率为1℃/min；

(6)将致密素坯埋入BN粉中置于BN坩埚中，在1L/min氮气流速下经1600℃烧结10h，升温速率为1℃/min，然后在1950℃烧结10h，升温速率为1℃/min，得到AlON陶瓷；经抛光处理后，得到大尺寸AlON透明陶瓷。

实施例2

一种大尺寸AlON透明陶瓷的流延成型生产方法，包括以下步骤：

(1)将80份Al₂O₃粉体和20份AlN粉体混合作为陶瓷粉体，加入0.5份MgO(占陶瓷粉体总质量0.5％)和0.1份Y₂O₃(占陶瓷粉体总质量0.1％)作为烧结助剂；

(2)将50mL乙醇和30mL二甲苯混合(按照5：3体积比混合)作为溶剂，向其中加入2.5mL鲱鱼鱼油作为分散剂；

(3)将步骤(1)所得物和步骤(2)所得物混合后加入到球磨罐内第一次球磨混合1h，转速为180r/min；然后加入2份增塑剂聚乙二醇-1000(占陶瓷粉体总质量2％)和2份邻苯二甲酸丁苄酯(占陶瓷粉体总质量2％)、10份黏结剂聚乙烯醇缩丁醛(占陶瓷粉体总质量10％)后第二次球磨12h，转速200r/min，得到陶瓷浆料，调整固含量为30wt％；

(4)将混合好的陶瓷浆料过筛后采用真空除泡机在-0.1MPa大气压强下以120rpm的转速进行除泡30min，将除泡后的浆料倒入流延机的料槽中进行流延成型，其中刮刀高度2mm，膜带传送速度5cm/min，后经恒温16℃下避风干燥48小时后脱模得到流延片。对流延片裁剪为90*90mm的正方形后进行的叠层处理得到陶瓷素坯，叠层温度100℃、压力6Mpa、保压时间30min，后将陶瓷素坯置于冷等静压机中，在200MPa压力下保持15分钟；

(5)将素坯置于马弗炉中进行排胶，先将素坯在200℃下烧5h，升温速率为1℃/min；然后将素坯在500℃下烧10h，升温速率为1℃/min；最后将素坯在700℃下排10h，升温速率为1℃/min；

(6)将致密素坯埋入BN粉中置于BN坩埚中，在1L/min氮气流速下经1600℃烧结10h，升温速率为1℃/min，然后在1950℃烧结10h，升温速率为1℃/min，得到AlON陶瓷；经抛光处理后，得到大尺寸AlON透明陶瓷。

实施例3

一种大尺寸AlON透明陶瓷的流延成型生产方法，包括以下步骤：

(1)将140份Al₂O₃粉体和60份AlN粉体混合作为陶瓷粉体，加入0.6份MgO(占陶瓷粉体总质量0.3％)和0.2份Y₂O₃(占陶瓷粉体总质量0.1％)作为烧结助剂；

(2)将50mL乙醇和30mL二甲苯混合(按照5：3体积比混合)作为溶剂，向其中加入2.0mL鲱鱼鱼油作为分散剂；

(3)将步骤(1)所得物和步骤(2)所得物混合后加入到球磨罐内第一次球磨混合2h，转速为200r/min；然后加入2份增塑剂聚乙二醇-1000(占陶瓷粉体总质量2％)和2份邻苯二甲酸丁苄酯(占陶瓷粉体总质量2％)、10份黏结剂聚乙烯醇缩丁醛(占陶瓷粉体总质量10％)后第二次球磨15h，转速200r/min，得到陶瓷浆料，调整固含量为30wt％；

(4)将混合好的陶瓷浆料过筛后采用真空除泡机在-0.1MPa大气压强下以120rpm的转速进行除泡30min，将除泡后的浆料倒入流延机的料槽中进行流延成型，其中刮刀高度2mm，膜带传送速度20cm/min，后经恒温16℃下避风干燥48小时后脱模得到流延片。对流延片裁剪为90*90mm的正方形后进行的叠层处理得到陶瓷素坯，叠层温度100℃、压力6Mpa、保压时间30min，后将陶瓷素坯置于冷等静压机中，在200MPa压力下保持15分钟；

(5)将素坯置于马弗炉中进行排胶，先将素坯在200℃下烧5h，升温速率为1℃/min；然后将素坯在500℃下烧10h，升温速率为1℃/min；最后将素坯在700℃下排10h，升温速率为1℃/min；

(6)将致密素坯埋入BN粉中置于BN坩埚中，在1L/min氮气流速下经1600℃烧结10h，升温速率为1℃/min，然后在1950℃烧结10h，升温速率为1℃/min，得到AlON陶瓷；经抛光处理后，得到大尺寸AlON透明陶瓷。

上述实施例1-3所得大尺寸AlON透明陶瓷如图1-3所示，可以看出所得大尺寸AlON透明陶瓷成型效果好、表面平整、无裂纹。

对比例1

按照专利文献CN 107344854 A中实施例1的制备方法来制备大尺寸AlON透明陶瓷，采用其配粉混料后进行本申请的流延成型操作，结果如图4所示。

结果发现：干燥后浆料出现开裂，导致坯体难以成型，不利于制备大尺寸AON透明陶瓷薄片。

对比例2

按照专利文献CN 104876587 A中实施例1的方法虽然能够生产出大尺寸的AlON透明陶瓷面板，但是其制备过程中需要采用铝热法制备AlON粉体，导致整个生产周期较长、工艺操作复杂、工艺参数难以控制。如图5和图6所示，各生产批次中获得的大尺寸AlON透明陶瓷面板的尺寸不均一，面板表面存在不平整和出现裂纹现象。

对比例3

按照实施例1的制备方法，不同之处在于将步骤(3)中的增塑剂聚乙二醇-1000替换为聚乙二醇-600，添加量不变，得到的流延片如图7所示。

结果表明：在用固相法制备流延片过程中，有机添加剂的分子量对流延片干燥成型有很大影响。当添加聚乙二醇-600作为增塑剂时，由于分子链比较短导致流延片在干燥固化过程中形成的网格结构不够牢固，导致干燥后干裂、坯体难以成型，不利于制备大尺寸AON透明陶瓷薄片。

对比例4

按照实施例1的制备方法，不同之处在于将步骤(3)中的黏结剂聚乙烯醇缩丁醛添加总量增加至15％，得到的流延片如图8所示。

结果表明：在用固相法制备流延片过程中，有机添加剂的添加量对流延片干燥成型有很大影响。当有机物添加量过多时，粉体颗粒之间有着较强的黏结力，并且过量的黏结剂使得流延片和膜带之间具有较强的黏合，导致干燥后的流延片边缘发生卷曲，表面不平整且由孔洞，不利于制备AON透明陶瓷薄片。

对比例5

按照实施例1的制备方法，不同之处在于将步骤(4)中的避风干燥过程改为室温(30℃)且通风情况下，得到的流延片如图9所示。

结果表明：在流延片干燥过程中，流延片所处的干燥环境中空气温度和气流流速对流延片干燥成型有很大影响。当干燥环境为30℃且通风的情况下，干燥过程中不同溶剂的扩散速率不均匀，表面溶剂蒸发速率大于溶剂扩散速率，导致坯体干燥前表面不均匀，干燥后表面不平整、产生表面起皱等现象，从而影响后续的叠层处理，不利于制备大尺寸AON透明陶瓷薄片。

对比例6

按照实施例1的制备方法，不同之处在于将步骤(1)中的干燥过程改为16℃通风干燥的情况下，得到的流延片如图10所示。

结果表明：在用流延片干燥过程中，流延片所处的干燥环境中气流流速对流延片干燥成型有很大影响。即使干燥环境为16℃的情况下，通风环境也会加速流延片中不同溶剂的扩散，导致不同溶剂的扩散速率不均匀，导致流延片出现部分开裂的情况，不利于制备大尺寸AON透明陶瓷薄片。

对比例7

按照实施例1的制备方法，不同之处在于将步骤(3)中的有机添加剂总量改为20％，得到的流延片如图11所示。

结果表明：当有机添加剂添加过量时，流延片干燥后出现反向弯曲的情况，导致无法裁剪出平整的大尺寸流延片，不利于制备大尺寸AlON透明陶瓷薄片。

对比例8

按照实施例1的制备方法，不同之处在于将步骤(3)中的增塑剂聚乙二醇-1000替换为聚乙二醇-600，添加量由2％增加到4％，得到的流延片进行干燥结果如图12所示。

结果表明：聚乙二醇分子链较小时，增加添加量可以有效缓解流延片的开裂情况。但是在后续叠片处理片后出现了分层的情况，无法进行后续的陶瓷烧结，不利于制备大尺寸AON透明陶瓷薄片。

对比例9

按照实施例1的制备方法，不同之处在于将步骤(3)中的陶瓷浆料固含量提升至51％，得到的流延片进行干燥，结果如图13所示。

结果表明：该体系的流延浆料固含量过高时，流延片干燥后会出现严重开裂的情况，不利于制备大尺寸AON透明陶瓷薄片。

对比例10

按照实施例1的制备方法，不同之处在于将步骤(3)中的陶瓷浆料固含量降低至29wt％，得到的流延片进行干燥前后的结果如图14所示。

结果表明：该体系的流延浆料固含量过低会导致流延浆料太稀，流动性较好，流延结束之后浆料在膜带自行发生流动，导致干燥前后流延片形状发生变化，无法控制流延片的厚度，不利于流延片均匀性的保持以及厚度的控制，不利于制备大尺寸AON透明陶瓷薄片。

Claims (10)

1.一种大尺寸AlON透明陶瓷的流延成型生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将Al₂O₃粉体和AlN粉体混合，向混合后的陶瓷粉体中加入烧结助剂；

(2)以乙醇和二甲苯作为混合溶剂，然后向混合溶剂中加入分散剂；

(3)将步骤(1)所得物加入到步骤(2)所得物中，进行第一次球磨，然后加入增塑剂和黏结剂，所述增塑剂为聚乙二醇-1000和邻苯二甲酸丁苄酯，增塑剂中聚乙二醇-1000和邻苯二甲酸丁苄酯的添加量均占陶瓷粉体总重量的1～10％；所述黏结剂为聚乙烯醇缩丁醛酯，黏结剂的添加量为陶瓷粉体总重量的8～15％；进行第二次球磨，得到Al₂O₃和AlN有机相的陶瓷浆料，将陶瓷浆料的固含量调成30～50wt％；

(4)将步骤(3)得到的陶瓷浆料进行除泡，然后流延成型，将流延片于16℃下避风干燥48小时后脱模，得到陶瓷素坯；

(5)将步骤(4)所得陶瓷素坯于马弗炉中500-700℃排胶15-20h，然后置于氮化硼坩埚中，于氮气气氛下经高温烧结，得到大尺寸AlON透明陶瓷。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中所述Al₂O₃粉体和AlN粉体的重量比为75～85:25～35。

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中所述烧结助剂为MgO和Y₂O₃的混合物，烧结助剂中MgO的添加量为陶瓷粉体总质量的0.05～0.5％，Y₂O₃的添加量为陶瓷粉体总重量的0.05～0.5％。

4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中所述混合溶剂中乙醇和二甲苯的体积比为3～8:2～4。

5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中所述分散剂为鲱鱼鱼油，分散剂的添加量为陶瓷粉体总重量的0.05～2％。

6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(3)中所述第一次球磨的转速为150～200r/min，球磨时间为1～5h；所述第二次球磨的转速为200～250r/min，球磨时间为5～15h。

7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(4)中所述除泡的条件为采用真空除泡机，真空压力为0.01～1Mpa，除泡时间为10～30min。

8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(4)中所述流延成型的操作为：将陶瓷浆料倒入模具中，控制流延膜带的运行速度为2～20cm/min，控制流延的刮刀高度为0.5～2mm。

9.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(4)中对脱模后的流延片进行裁剪和叠层处理，叠层温度为80～100℃，压力为2～20Mpa，保压时间为2～20min；然后经冷等静压处理，冷等静压的压力为200～300Mpa，保压时间为20～30min，得到陶瓷素坯。

10.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(5)中所述于氮气气氛下高温烧结的操作为：在1L/min氮气流速下，于1600～1700℃烧结10～20h，1900～2000℃保温10～20h。

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