გამჭვირვალე AlON კერამიკის უახლესი პროგრესი და გამოწვევები

კერამიკა და მათი კომპოზიტები ფართოდ იქნა გამოკვლეული სხვადასხვა გამოყენებისთვის მათი უნიკალური ქიმიური და ფიზიკური თვისებების გამო [1-7]. მათ შორის, გამჭვირვალე კერამიკას აქვს ფართო გამოყენება ბიზნეს სფეროში და სამხედრო ინდუსტრიაში მათი გამორჩეული ოპტიკური, ფიზიკური და მექანიკური თვისებების გამო [8-10]. გამჭვირვალე კერამიკას შორის გამჭვირვალე ალუმინის ოქსინიტრიდის (AlON) კერამიკა განიხილება, როგორც ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი კერამიკა გუმბათებში, ინფრაწითელ და ხილულ ფანჯრებში, გამჭვირვალე ჯავშანში და ა.შ. [11−13]. ერთკრისტალურ საფირონთან შედარებით, რომელიც ცნობილია როგორც უმძიმესი გამჭვირვალე კერამიკა, პოლიკრისტალურ AlON კერამიკას აქვს მსგავსი მახასიათებლები სიმტკიცის, სიხისტისა და ოპტიკური თვისებების შესახებ, მაგრამ გვთავაზობს უფრო მეტ მოქნილობას ზომასა და ფორმაში [14,15]. ამიტომ, AlON კერამიკამ მიიპყრო მზარდი გამოკვლევა. γ-AlON არის Al16,17O18 და AlN-ის მყარი ხსნარი [19,20]. მრავალი მეთოდი იქნა შესწავლილი AlON ფხვნილის ან AlON კერამიკის მოსამზადებლად, როგორიცაა მყარი მდგომარეობის რეაქცია [21], კარბონიზაციის მეთოდი Al22,23O24[6.2], ქიმიური ორთქლის დეპონირება [25], სოლ-გელის მეთოდი [26], და ხსნარის წვის სინთეზი [3.99]. AlON-ის დიაპაზონი გაზომილი იყო 200.9 eV-ზე [1]. TU და სხვებმა [14] გამოიყენეს პირველი პრინციპების სიმკვრივის ფუნქციონალური თეორია (DFT), რათა შეესწავლათ Al ვაკანსიისა და Natoms-ის უპირატესობები γ-AlON-ში. γ-AlON-ის ზოლის უფსკრული და ნაყარი მოდულის სტრუქტურული მოდელი, როგორც AlXNUMXOXNUMXNXNUMX-ის ლოკალური სტრუქტურა გამოთვლილი იყო N ატომების XNUMX eV და Al ვაკანსიები γ-AlON-ში არ არის და XNUMX GPa, შესაბამისად. მოცემული ფართო band ნათელი. γ-AlON-ის თვისებები ნაჩვენებია უფსკრულით დაბალ ფოტონის ენერგიასთან და ცხრილ XNUMX მაღალთან ერთად [XNUMX].

თერმული სტაბილურობა, AlON კერამიკა შესწავლილია, როგორც ფოსფორის მატრიცა. როგორც upconversion photo-luminescence (UCPL) ფოსფორი, AlON შეიძლება დოპირებული იყოს სხვადასხვა იშვიათი დედამიწის ელემენტებით, როგორიცაა Eu27+ [28], Yb29+ [30], Tm4+ [4] და Ce31+ [32]. ცოტა ხნის წინ, დაბალფასიან AlON-ზე დაფუძნებულ სათვალეებს შერწყმული 5-დიმეთილ-ამინო-N-მეთილ-90-სტილბაზოლიუმტოზილატის (DAST) ფენით [5] და VO31 თხელი ფენით გამჭვირვალე AlON-ზე [6] აღმოჩნდა. პოტენციური აპლიკაცია სმარტ ფანჯრებში. ALON(4)−DAST(33)−ALON(34) აღემატება ინდუსტრიის სტანდარტების კომერციულ ფანჯრის მინებით ყველაზე იაფი, მსუბუქი და მკაცრი [35]. გარდა ამისა, Ti11,13,36,37AlXNUMXV წარმატებით მომზადდა AlON კერამიკაზე აქტიური ელემენტების შედუღების მეთოდით და კომპოზიტს ავლენდა გამორჩეული მექანიკური თვისებები [XNUMX]. უნდა აღინიშნოს, რომ HXNUMXBOXNUMX [XNUMX] და დედამიწის ელემენტების (Sc, La, Pr, Sm, Gd, Dy, Er და Yb) [XNUMX] ახალი აგლომერაციის დანამატები განსხვავდებოდა ჩვეულებრივი YXNUMXOXNUMX, LaXNUMXOXNUMX და MgO. მიუხედავად იმისა, რომ გაუმჯობესებული მეთოდები, ახალი შედუღების დანამატები, უფრო რთული დედამიწის ელემენტების დოპინგი და ახალი შესწავლილი გამოყენება და ა. გარდა ამისა, ზოგიერთი გადაუჭრელი პრობლემა და AlON კერამიკის ახალი გამოწვევები ხელს უშლის მათ კომერციულ პოპულარიზაციას და გამოყენებას. ამიტომ, ეს სტატია იღებს გამჭვირვალე AlON კერამიკის უახლეს და კრიტიკულ მიმოხილვას მომზადების მეთოდების, აგლომერაციის დანამატების, აგლომერაციის ტექნოლოგიების, გამოწვევებისა და განვითარების პერსპექტივების თვალსაზრისით.

  FIG 1

                  ცხრილი 1 γ-AlON-ის თვისებები [14]                          

AlON-ს აქვს კუბური სპინელი სტრუქტურა Fd3m კოსმოსური ჯგუფით [38,39]. როგორც ნახ. 1-ში [40] ჩანს, N და O ატომები განლაგებულია 32e უბნებზე, ხოლო Al ატომები განლაგებულია 16d და 8a უბნებზე. ექსპერიმენტული და თეორიული შედეგების საფუძველზე

1964 წელს, ბინარის პირველი ფაზის დიაგრამაAlXNUMXOXNUMX−AlN კომპოზიცია გამოქვეყნდა LEJUS-ის მიერ [43]. შემდეგ, MCCAULEY-მა და სხვებმა [44,45] მოახსენეს ფსევდოორობითი Al1.013O105−AlN შემადგენლობის უფრო სრული ფაზის წონასწორობის დიაგრამა, რომელიც მიედინება აზოტის ქვეშ 2×44 Pa, როგორც ნაჩვენებია ნახ. XNUMX-ში [XNUMX]. გარდა ექსპერიმენტული განსაზღვრისა, გამოთვლებისა, AlON-ის მუდმივი ანიონური სტრუქტურის მოდელი შეიძლება აღწერილი იყოს ფორმულით: Al(64+x)/3V(8−x)/3O32−xNx, სადაც 2≤x≤5 [39−42]. თუმცა, ძნელია იმის დადასტურება, რომ ზოგიერთი მკვლევარი ცდილობდა გამოეთვალა AlON სტაბილურობის რეგიონი და ფსევდოორობითი Al36,46O49−AlN სისტემა ექსპერიმენტულ მონაცემებზე და ფაზური წონასწორობის დიაგრამის ხელმისაწვდომ თერმოდინამიკურ მონაცემებზე [XNUMX-XNUMX] . თუმცა, ექსპერიმენტებში მომხდარი ფაზის სეგრეგაცია ჯერ კიდევ ვერ შეიცვლება ნაკლებად ექსპერიმენტული ინფორმაციის გამო. 

FIG 2

ცნობილია, რომ კერამიკა შეიცავს მარცვლებს, მარცვლის საზღვრებს და ფორიანობას და ა.შ. (ნახ. 3).)[50,51]. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, AlON კერამიკას აქვს იზოტროპული კუბური მედის სტრუქტურა, რაც არის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მიზეზი იმისა, რომ ისინი შეიძლება იყოს ოპტიკურად გამჭვირვალე. სინათლის გაფანტვის წყაროებს შორის, ფორიანობა არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორი იმის დასადგენად, შეიძლება იყოს თუ არა კერამიკა გამჭვირვალე. მინიმიზაციის ფორიანობა უნდა იყოს თეორიული სიმკვრივის 99.9%-ზე მეტი, ხოლო ფორების ზომა მარცვლის საზღვრებზე უნდა იყოს უფრო მცირე ვიდრე სინათლის ტალღის სიგრძე ან არ უნდა არსებობდეს. მარცვლეულის საზღვრები გარდაუვალია კერამიკაში და აქვს მნიშვნელოვანი გავლენა გამჭვირვალობაზე. ასე რომ, მაღალი ხარისხის მარცვლეულის საზღვრები და უფრო მცირე და ერთიანი ზომის მარცვლები მოსალოდნელია მაღალი გამჭვირვალობის AlON კერამიკის მისაღებად. შედუღების დანამატების გამოყენებამ ჩვეულებრივ შეიძლება აღმოფხვრას ნარჩენი ფორები აგლომერაციის დროს, მაგრამ ეს გამოიწვევს სინათლის გაფანტვის ახალ ცენტრებს კერამიკაში, მეორად ფაზაში და ჩანართებში. როგორც სინათლის გაფანტვის ორი მნიშვნელოვანი წყარო, ფორიანობა და მარცვლის საზღვრები მაქსიმალურად უნდა შემცირდეს. SHAHBAZI და სხვები [51] დეტალურად აღწერენ გამჭვირვალე კერამიკას, გამჭვირვალობის ეფექტურ პარამეტრებს, Mie თეორიას და Fraunhofer-ის თეორიას.

FIG 3 

დღეისათვის ცნობილია მრავალი მეთოდი AlON-ის ან AlON კერამიკის მოსამზადებლად, როგორიცაა მყარი მდგომარეობის რეაქცია [18,52-55], კარბონიზაციის მეთოდი Al19,56O61-დან [21,62-22,63], ქიმიური ორთქლის დეპონირება [XNUMX ] და სოლ-გელის მეთოდი [XNUMX]. კვლევების უმეტესობა ფოკუსირებული იყო AlXNUMXOXNUMX-ისა და AlN-ის მყარ მდგომარეობაში რეაქციაზე მაღალ ტემპერატურაზე და კარბონიზაციის მეთოდზე AlXNUMXOXNUMX-ის შემცირებისთვის.

მყარი მდგომარეობის მეთოდი არის მარტივი და ჩვეულებრივი მიდგომა მრავალი ნაერთის მოსამზადებლად. მაღალ ტემპერატურაზე მყარი მდგომარეობის რეაქციის ერთ-ერთი უდიდესი უპირატესობა ის არის, რომ ნედლეულის მიღება ძალისხმევის გარეშეა შესაძლებელი. Al5O9 და AlN-ის რეაქცია AlON-ის წარმოქმნისთვის შეიძლება აღწერილი იყოს როგორც 13,64AlN+XNUMXAlXNUMXOXNUMX→ AlXNUMXOXNUMXNXNUMX[XNUMX]. უაღრესად სუფთა AlXNUMXOXNUMX და AlN სიმძლავრეები ხელმისაწვდომია ბაზარზე და მათი პირდაპირ გამოყენება შესაძლებელია AlON-ის ან თუნდაც გამჭვირვალე AlON კერამიკის დასამზადებლად. AlON კერამიკის ერთსაფეხურიანი მომზადება არა მხოლოდ მნიშვნელოვნად შეამცირებს აგლომერაციის ღირებულებას, არამედ გაამარტივებს აგლომერაციის პროცესს, ასევე ადვილად მიაღწევს ფართომასშტაბიან წარმოებას. თუმცა, ფხვნილები შეიძლება იყოს აგრეგირებული ან შერეული არაჰომოგენურად, რაც გამოიწვევს AlON კერამიკის ცუდი გამჭვირვალობას. იმავდროულად, მაღალი სისუფთავის ultrafine AlN ძვირია, რაც ზრდის წარმოების ღირებულებას. როგორც ნახ. 4(a), MCCAULEY-მ და ORBIN-მა [52] თავდაპირველად მოამზადეს გამჭვირვალე AlON დისკი და წარმოადგინეს AlON-ის დახვეწილი მაღალი ტემპერატურის ფაზის დიაგრამა ფსევდოდინარული AlXNUMXOXNUMX−AlN შემადგენლობის სახსრის გასწვრივ. თხევადი ფაზის აგლომერაციის პროცესი გამოიყენებოდა გამჭვირვალე AlON კერამიკის წარმოებისთვის PATEL et al-ის მიერ [65]. α-Al27O30 XNUMX-XNUMX მოლ.% დიაპაზონში პირველად შერეული იყო AlN-თან. შემდეგ, ნარევი დაჭერით მარცვლებად ბურთის დაფქვის შემდეგ. მარცვლები აგლომერირებული იყო 1950–2025 °C ტემპერატურაზე 10–60 წუთის განმავლობაში და ნაწილ-ნაწილმა მასალამ შეიძლება შექმნას თხევადი ფაზა, რათა ხელი შეუწყოს აგლომერაციას ამ ეტაპზე. შემდეგ, სისტემის ტემპერატურა დაეცა 50-100 °C-ით და შენარჩუნდა კიდევ 8-20 საათის განმავლობაში სიმკვრივისა და გამჭვირვალობის შემდგომი გასაუმჯობესებლად. CHEN-მა და სხვებმა [66] ჯერ ასინთეზეს სუფთა AlON:Ce3+ სიმძლავრის ფაზა 1780 °C აზოტში, შემდეგ სრული მკვრივი და გამჭვირვალე AlON:Ce3+ კერამიკა მიღწეული იქნა თხევადი ფაზის დახმარებით უწნეო აგლომერაციით 1900 °C ტემპერატურაზე 20 საათის განმავლობაში. (ნახ. 4(ა) და (ბ)). გარდა AlON ფხვნილებისა და შემდეგ გამჭვირვალე AlON კერამიკის დასამზადებლად გამოყენებული მეთოდის პირდაპირი სინთეზისა, მყარ მდგომარეობაში, რომელიც გამოიყენება AlON კერამიკის დასამზადებლად. ძირითადი მეთოდი, LI et al [67], გამოიყენა AlXNUMXOXNUMX და AlN ფხვნილები ამ მეთოდის უპირატესობა მდგომარეობს ნედლეულის დაბალ ღირებულებაში ერთფაზიანი ნედლეულის სწრაფად სინთეზისთვის და სამრეწველო AlON სიმძლავრის მიზანშეწონილობაში, პირველ რიგში, მყარი მდგომარეობის საშუალებით. მეთოდი. შემდეგ, წარმოება. თუმცა, აგლომერაციის პირობები ისეთია, რომ მომზადებული AlON ფხვნილები დაფქვა წვრილ კომპლექსად და ძნელია ზუსტად გააკონტროლო მოლი AlON ფხვნილები, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 4(დ) და (ე). Al2OXNUMX-ის თანაფარდობა C და AlON ადვილად გამჭვირვალე AlON კერამიკა წარმოიქმნება AlXNUMXOXNUMX-ად და AlN-ად დაშლის შედეგად NXNUMX-ში უწნეო ატმოსფეროში მიღებული წვრილ AlON ატმოსფეროში მაღალ ტემპერატურაზე შედუღებით. ყველა ეს ფხვნილი და AlON-ის შიდა გადაცემამ შეიძლება გამოიწვიოს უწმინდური AlON ფხვნილები. კერამიკული იყო 84.3% (d100 მმ × 1 მმ) JIN et al-ში [68] პირველად დაამზადეს Al3.7OXNUMX / XNUMX μm (ნახ. 4(ვ) და (ზ)).

FIG 4 

კარბოთერმული შემცირებისა და ნიტრიდაციის კარბოთერმული ნიტრიდაციის ნარევი, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 5 (a−c). პროცესის დროს ნახშირბადის ფენის (CRN) მიდგომა პირველად გამოიყენეს Al1959O39 ნაწილაკების ზედაპირზე წარმოებისთვის, აღმოჩნდა, რომ ძლიერად აფერხებდა AlON ნაერთს YAMAGUCHI-ს მიერ და ანელებდა Al80O2000 YANAGIDA-ს შერწყმასა და ზრდას 1950 წელს [8]. CRN არის ყველაზე მეტი ნაწილაკი. დაბოლოს, გამჭვირვალე AlON კერამიკა მაქსიმალური შიდა გამტარიანობით 5%-ზე მეტი 69 ნმ-ზე შეიძლება მიღწეული იქნას ორეტაპიანი კარბოთერმული ნიტრიდაციის მეთოდით აზოტში 1.1 °C ტემპერატურაზე 2.2 საათის განმავლობაში (ნახ. 1.1(დ)). SHAN-მა და სხვებმა [5] იტყობინება, რომ როგორც ბიმოდალური (~82.1 μm და ~3600 μm) ასევე უნიმოდალური (~1820 μm) AlON ფხვნილები შეიძლება მიღებულ იქნეს როგორც მომზადებული AlON ფხვნილის ბურთის წისქვილის გამოყენებით CRN მეთოდით. ნახ.2.5(ე) და (ვ)). მათ აღმოაჩინეს, რომ AlON-ის ფხვნილი ბიმოდალური ნაწილაკების ზომის განაწილებით (PSD) ფლობს სწრაფ გამკვრივებას აგლომერაციის პროცესის დროს და შესანიშნავი გამჭვირვალე AlON კერამიკა 5%-მდე ინფრაწითელი გადაცემით ~ XNUMX ნმ-ზე იყო უწნეო აგლომერირებული აზოტში XNUMX °C-ზე XNUMX საათის განმავლობაში. (ნახ. XNUMX(გ))

FIG 5

წვრილი და სუფთა γ-AlON ფხვნილები წარმატებით მომზადდა YUAN-ის და სხვების მიერ [70] კომბინირებული მეთოდით (ნახ. 6(a) და (b)). მათ შემდგომში გამოიყენეს γ-AlON ფხვნილები AlON კერამიკის დასამზადებლად და შეისწავლეს ტყუპი ლამელების გავლენა მათ მექანიკურ სიმტკიცეზე (ნახ. 6(c−j)) [71]. მათ აღმოაჩინეს, რომ ტყუპი ლამელები და საზღვრები იზრდება დიდი ზომის AlON კერამიკაში მარცვლის საშუალო ზომის მატებასთან ერთად, რაც უზრუნველყოფს პერსპექტიულ მიდგომას გამჭვირვალე კერამიკის მსხვილი მარცვლებით გასაუმჯობესებლად. 

ამ დრომდე ასევე არის შესწავლილი სხვა მეთოდები AlON ფხვნილის ან კერამიკის სინთეზისთვის. მაგალითად, ASPAR და სხვებმა [62] მოამზადეს AlON ნაერთი ამიაკის, ტრიმეთილ-ალუმინის და აზოტის ოქსიდის გამოყენებით ქიმიური ორთქლის დეპონირების გზით (CVD გაფართოება) მეთოდი. აღმოჩნდა, რომ ტემპერატურა და წნევა მნიშვნელოვან გავლენას ახდენენ წონასწორულ კომპოზიციებზე CO CO-ს რაოდენობის შეცვლით. IRENE-მა და სხვებმა [21] ასევე გამოიყენეს CVD მეთოდი სილიკონზე AlxOyNz ფილმების წარმოებისთვის. მნიშვნელოვანია, რომ ფაზა შეიძლება კონტროლდებოდეს NH72/CO73 გაზის თანაფარდობის და მომზადების ტემპერატურის კორექტირებით. KIM et al. ამ პროცესში ჰიდრაზინის ნიტრიდის წინამორბედი. ზოგიერთი სხვა აზოტის აგენტი გამოკვლეული იქნა მათი შემდგომი გამოკვლევის დროს. KIKKAWA და სხვებმა [74] აწარმოეს AlON ოქსიდის წინამორბედის ამიაკის ნიტრიდაციით, რომელიც წარმოიქმნება გლიცინის გელის პეპტიზაციით ალუმინის ნიტრატით. გარდა ამისა, პლაზმური რეაქტორი შექმნილია AlON-ის ნანოფხვნილების სინთეზირებისთვის, Al-ის ფხვნილის ამიაკთან და ჰაერთან ურთიერთქმედების მიხედვით თერმული აზოტის პლაზმაში [XNUMX] მომზადებული ნანოფხვნილების ფაზა, ქიმიური და დისპერსიული კომპოზიციები კორელაციაშია. პლაზმური პროცესის პარამეტრები და რეაქტორის დიზაინი.

მაღალი გამჭვირვალობის AlON კერამიკის მისაღებად, უნდა დაემატოს შემდუღებელი დანამატები, რათა აღმოიფხვრას ნარჩენი ფორები აგლომერაციის დროს, რომლებიც წარმოადგენენ სინათლის გაფანტვის ცენტრს. დღესდღეობით, ფართოდ არის გამოკვლეული AlON-ის სხვადასხვა აგლომერაციის დანამატები, როგორიცაა Y67O69,75, La80O2, MgO, SiO69 და CaCO3 [82.1-3600-0.5]. შედუღების დანამატების ტიპების მიხედვით, ჩვენ შევაჯამეთ AlON კერამიკის ტიპიური გამჭვირვალობის შედეგები სხვადასხვა აგლომერაციის დანამატებით, როგორც ნაჩვენებია ცხრილში 7. მაგალითად, SHAN et al [76] იტყობინება, რომ AlON კერამიკის შიდა გადაცემა (86). მმ სისქე) არის 3.5% ტალღის სიგრძეზე 2000 ნმ 0.15 wt.% Y0.55O2. SiO81 პირველად გამოიყენეს AlON კერამიკის აგლომერაციის დანამატად (ნახ. 0.12(ბ)) [0.09]. მათ დაადგინეს, რომ AlON კერამიკის შიდა გადაცემა 80.3%-მდეა (2 მმ სისქე) 400 ნმ-ზე და არ არის მგრძნობიარე დანამატის კონცენტრაციის მიმართ 7−68 wt.% SiO0.1. ზოგიერთმა მკვლევარმა გამოიყენა ორი სახის აგლომერაციის დანამატები მაღალი გამჭვირვალე AlON კერამიკის წარმოებისთვის. WANG-მა და სხვებმა [0.08] გამოიყენეს 0.025wt.% Y81O1−1100wt.% La81O7, როგორც თანადამატებები AlON კერამიკისთვის, მიიღეს გამტარობა 82% (1870 მმ სისქეში) 498 ნმ (ნახ. 82(a)). . მათ განაცხადეს, რომ Y10+ და La6+ აქვთ სინერგიული ეფექტი მარცვლის ზრდაზე Y1775+ აუმჯობესებს მარცვლის საზღვრის მობილურობას და ხელს უწყობს მარცვლის ზრდას, ხოლო La128+ აფერხებს მარცვლის ზრდას. JIN და სხვ. სისქე) 10 ნმ. ცოტა ხნის წინ, Y6O4000−La10O6− MnO, როგორც კომპოზიტური აგლომერაციის დანამატი გამჭვირვალე AlON კერამიკის დასამზადებლად, გამოიკვლია WANG და სხვების მიერ [XNUMX] (ნახ. XNUMX(დ)). AlON-ში აგლომერირებული დანამატების ხსნადობის საზღვრები შეისწავლეს MILLER-მა და KAPLAN-მა [XNUMX] ტალღის სიგრძის დისპერსიული სპექტროსკოპიის გამოყენებით, რომელიც დამონტაჟებულია სკანირების ელექტრონულ მიკროსკოპზე. მათ აღმოაჩინეს, რომ La, Y და Mg-ის ხსნადობის ლიმიტები AlON-ში XNUMX °C-ზე იყო (XNUMX±XNUMX)×XNUMX−XNUMX, (XNUMX±XNUMX)×XNUMX−XNUMX და >XNUMX×XNUMX−XNUMX, შესაბამისად. 

FIG 6

გარდა Y34O35, La8O0.1 და MgO ჩვეულებრივი აგლომერაციის დანამატებისა, ასევე გამოკვლეული იქნა H80BO8 დაფუძნებული სამჯერადი კომპოზიტის [34] და მიწის ელემენტების [81] ახალი აგლომერაციის დანამატები. როგორც ილუსტრირებულია ნახ. 4(a) და (b), სხვადასხვა იშვიათი დედამიწის ელემენტები (Sc, La, Pr, Sm, Gd, Dy, Er და Yb) სისტემატურად გამოიკვლიეს, როგორც გამჭვირვალე AlON კერამიკის აგლომერაციის დანამატი, შესაბამისად. აღმოჩნდა, რომ AlON კერამიკა 600 wt.% Pr-ნიტრატით წარმოადგენდა ყველაზე მაღალი გამტარუნარიანობას ~ 0.12% ორეტაპიანი უწნეო შედუღებით (ნახ. XNUMX(c)), რაც მიუთითებს იმაზე, რომ იშვიათი დედამიწის ელემენტები შეიძლება იყოს პერსპექტიული ალტერნატიული აგლომერაცია. დანამატი. ცოტა ხნის წინ, YXNUMXOXNUMX−MgAlXNUMXOXNUMX−HXNUMXBOXNUMX, როგორც ერთობლივი შედუღების დანამატის გამოყენებით, YANG et al. შინაარსი იყო XNUMX wt.% (ნახ. 8(დ)). 

FIG 7

      ცხრილი 2 AlON კერამიკის გამჭვირვალობის შედეგები სხვადასხვა შემდუღებელი დანამატებით

აგლომერაციის დაწყებამდე, AlON ფხვნილების მწვანე მარცვლები, როგორც წესი, წარმოიქმნება მშრალი პროცესით, მათ შორის ცალღეროვანი წნევით წნევის ქვეშ და ცივი იზოსტატიკური წნევით, ან სველი პროცესით, გელის ჩამოსხმის ჩათვლით [8,63,83]. მრავალი შედუღების ტექნოლოგია გამოიკვლია AlON კერამიკის მოსამზადებლად, როგორიცაა უწნეო აგლომება [56,58,67,68,77,79], ვაკუუმური აგლომება [65], ცხელი პრესა [84], მიკროტალღური აგლომება [85,86], ნაპერწკალი პლაზმის აგლომერაცია [87−89] და ცხელი იზოსტატიკური წნეხი [75,76,78,90,91]. AlON კერამიკის მომზადების საერთო მეთოდების უპირატესობები და უარყოფითი მხარეები ნაჩვენებია ცხრილში 3. უწნეო აგლომერაცია არის ყველაზე ტრადიციული აგლომერაციის ტექნოლოგია და რენტაბელურია სხვადასხვა ზომისა და ფორმის AlON კერამიკის მასობრივი წარმოებისთვის. თუმცა, მაღალი გამჭვირვალე AlON კერამიკის მისაღებად, ზოგადად საჭიროა აგლომერაციის მაღალი ტემპერატურა, შედუღების დიდი დრო და აგლომერაციის დანამატები. LI და სხვებმა [67] აცნობეს გამჭვირვალე AlON კერამიკის დიდი რაოდენობა, ზომები d100 მმ × 1 მმ უწნეო აგლომერაციით 1950 °C 12 საათის განმავლობაში გრაფიტის ღუმელში გადინების N2 ატმოსფეროში. AlON კერამიკის (1 მმ სისქის) ხაზის გამტარობა არის 84.3% 3.7 μm ტალღის სიგრძეზე 0.5 wt.% Y92O65. ვაკუუმური აგლომერაცია არის აგლომერაციის ეფექტური ტექნოლოგია კერამიკიდან გაზის აღმოსაფხვრელად [2]. PATEL-მა და სხვებმა [3] გამოიყენეს მაღალი სისუფთავის Al2000O8 და AlN სიმძლავრეები, როგორც ნედლეული, რათა აემზადებინათ გამჭვირვალე AlON კერამიკა 32 °C ტემპერატურაზე 1900 საათის განმავლობაში და 8 MPa წნევის ქვეშ ცხელი წნევით, შემდეგ 8 °C 84-ზე მეტი ხნის განმავლობაში. სთ ვაკუუმში. ცხელი წნევით (HP) აგლომერაცია შეიძლება გამოყენებულ იქნას ღერძული წნევის გამოსაყენებლად, რათა დააჩქაროს ძაბვის მოძრაობა და მწვანე მარცვლები სრულიად მკვრივი გახდეს შედარებით დაბალ ტემპერატურაზე. მაგრამ HP აგლომერაცია არ არის შესაფერისი დიდი და რთული ნიმუშების მოსამზადებლად, და წარმოება მაღალი ღირებულებაა და მინარევები და დეფექტები შეიძლება გარდაუვალი იყოს. ნახშირბადით დაბინძურების მოსაშორებლად საჭიროა დამუშავების შემდგომი პროცესი [1900]. TAKEDA-მ და HOSAKA-მ [1] მიიღეს გამჭვირვალე λ-AlON კერამიკა 20 °C ტემპერატურაზე XNUMX საათის განმავლობაში და XNUMX მპა წნევის ქვეშ ცხელი წნევით. მიკროტალღური აგლომერაციას აქვს მაღალი ენერგოეფექტურობა, ხარჯების დაზოგვა, შედუღების დაბალი ტემპერატურა, გაძლიერებული რეაქცია და შედუღების სიჩქარე. მიკროტალღურ პროცესში, გარდაქმნილი მიკროტალღური ენერგია შეიძლება გაცხელდეს თავად ნიმუშის მოცულობაში. CHENG-მა და სხვებმა [85] განაცხადეს, რომ მიკროტალღური პროცესის დროს 1800 სთ-ის განმავლობაში 1 °C ტემპერატურაზე აგლომერირებულ AlON-ს აქვს საერთო გადაცემა 60%. ნაპერწკალი პლაზმური აგლომერაცია (SPS), რომელსაც ასევე უწოდებენ იმპულსური ელექტრული დენის აგლომერაციას, შეუძლია გააცნობიეროს მკვრივი გამჭვირვალე კერამიკა წვრილი მარცვლებით, მისი მოკლე შედუღების დროისა და დაბალი ტემპერატურის გამო, იმპულსური DC-ის დახმარებით წნევის ქვეშ. ამრიგად, მარცვლეულის ზრდა შეიძლება შემცირდეს. SHAN-მა და სხვებმა [87] აწარმოეს მაღალგამჭვირვალე AlON კერამიკა SPS-ის მიერ დაბალ ტემპერატურაზე 1600 °C და სწრაფი გათბობის სიჩქარით 50−250 °C/წთ 60 MPa წნევის ქვეშ. მიღებული AlON კერამიკის მაქსიმალური გამტარუნარიანობა (1.4 მმ სისქე) არის 80.6%. 

FIG 8

ცხრილი 3 AlON კერამიკის მომზადების საერთო მეთოდების უპირატესობები და უარყოფითი მხარეები

 ცხელი იზოსტატიკური წნეხი (HIP) არის ყველაზე ძლიერი აგლომერაციის ტექნოლოგია მაქსიმალური სიმკვრივისა და მაღალი დონის ოპტიკური გადამცემი კერამიკის მისაღწევად კერამიკაში ნარჩენი ფორების შემცირებით [8,11,93,94]. მაღალტემპერატურული აგლომერაციის დროს, HIP აღჭურვილობა შეიძლება გამოყენებულ იქნას იზოსტატიკური გაზის წნევით. სურათი 9 გვიჩვენებს მიკროსტრუქტურის მოდელის სქემატურ დიაგრამას HIP-ით ფორების ელიმინაციისთვის [8,95]. ჩვეულებრივ, მნიშვნელოვნად რთულია ნარჩენი ფორების აღმოფხვრა სხვა აგლომერაციის ტექნოლოგიებით. დამატებითი HIP პროცედურაა საჭირო ნარჩენი ფორების აღმოსაფხვრელად და სიმკვრივისა და გამტარობის გაზრდის თეორიულ მნიშვნელობასთან ძალიან ახლოს. 

FIG 9

ეს ნაშრომი მხარდაჭერილი იყო ჯიანგსის პროვინციული ბუნების მეცნიერების ფონდის მიერ, ჩინეთი (No. 20192BAB216009), ჩინეთის ჰუნანის პროვინციის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების დაგეგმვის პროექტი (No. 2019WK2051) და ჩანშა, ჰუნანი, ჩინეთის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების პროექტი (No. kh2003023).