ຄວາມຄືບຫນ້າທີ່ຜ່ານມາແລະຄວາມທ້າທາຍຂອງເຊລາມິກ AlON ໂປ່ງໃສ

ເຊລາມິກ ແລະ ທາດປະສົມຂອງພວກມັນໄດ້ຖືກຄົ້ນຄວ້າຢ່າງກ້ວາງຂວາງສຳລັບການນຳໃຊ້ຕ່າງໆ ເນື່ອງຈາກຄຸນສົມບັດທາງເຄມີ ແລະ ຟີຊິກທີ່ເປັນເອກະລັກ [1−7]. ໃນບັນດາພວກເຂົາ, ceramics ໂປ່ງໃສມີຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຂົງເຂດທຸລະກິດແລະອຸດສາຫະກໍາການທະຫານເນື່ອງຈາກຄຸນສົມບັດ optical, ທາງດ້ານຮ່າງກາຍ, ແລະກົນຈັກທີ່ໂດດເດັ່ນ [8-10]. ໃນບັນດາ ceramics ໂປ່ງໃສ, ceramics ອະລູມິນຽມ oxynitride (AlON) ໂປ່ງໃສໄດ້ຖືກພິຈາລະນາເປັນຫນຶ່ງໃນ ceramics ທີ່ສໍາຄັນທີ່ສຸດໃນ domes, ປ່ອງຢ້ຽມ infrared ແລະເບິ່ງເຫັນ, ແລະເກາະໂປ່ງໃສ, ແລະອື່ນໆ [11−13]. ເມື່ອປຽບທຽບກັບ sapphire ໄປເຊຍກັນດຽວ, ເຊິ່ງເປັນທີ່ຮູ້ຈັກກັນດີວ່າເປັນເຊລາມິກທີ່ມີຄວາມໂປ່ງໃສທີ່ແຂງທີ່ສຸດ, ເຊລາມິກ polycrystalline AlON ມີລັກສະນະຄ້າຍຄືກັນກ່ຽວກັບຄວາມເຂັ້ມແຂງ, ຄວາມແຂງ, ແລະຄຸນສົມບັດທາງ optical, ແຕ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນຫຼາຍໃນຂະຫນາດແລະຮູບຮ່າງ [14,15]. ດັ່ງນັ້ນ, AlON ceramics ໄດ້ດຶງດູດການສືບສວນທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ. γ-AlON ເປັນການແກ້ໄຂແຂງຂອງ Al₂O₃ ແລະ AlN [16,17]. ວິທີການຈໍານວນຫຼາຍໄດ້ຖືກຂຸດຄົ້ນເພື່ອກະກຽມຝຸ່ນ AlON ຫຼືເຊລາມິກ AlON, ເຊັ່ນ: ປະຕິກິລິຍາຂອງສະພາບແຂງ [18], ວິທີການກາກບອນສໍາລັບ Al₂O₃[19,20], ການປ່ອຍອາຍພິດທາງເຄມີ [21], ວິທີການ sol-gel [22,23], ແລະການສັງເຄາະການເຜົາໃຫມ້ການແກ້ໄຂ [24]. ຊ່ອງຫວ່າງແຖບຂອງ AlON ໄດ້ຖືກວັດແທກເປັນ 6.2 eV [25]. TU et al [26] ຈ້າງທິດສະດີການທໍາງານຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຫຼັກການທໍາອິດ (DFT) ເພື່ອສຶກສາຄວາມມັກໃນສະຖານທີ່ຂອງ Al vacancy ແລະ Natoms ໃນ γ-AlON. ຊ່ອງຫວ່າງແຖບແລະຮູບແບບໂຄງສ້າງໂມດູນຫຼາຍຂອງγ-AlON, ຍ້ອນວ່າໂຄງສ້າງທ້ອງຖິ່ນຂອງ Al₂₃O₂₇N₅ຖືກຄິດໄລ່ເປັນ 3.99 eV ຂອງ N atoms ແລະ Al vacancies ໃນγ-AlON ບໍ່ແມ່ນແລະ 200.9 GPa, ຕາມລໍາດັບ. ໃຫ້ແຖບກວ້າງທີ່ຊັດເຈນ. ຄຸນສົມບັດຂອງγ-AlON ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຊ່ອງຫວ່າງຮ່ວມກັນກັບພະລັງງານ photon ຕ່ໍາແລະສູງຕາຕະລາງ 1 [14].

ສະຖຽນລະພາບ Termal, AlON ceramic ໄດ້ຖືກຂຸດຄົ້ນເປັນ matrix phosphor. ໃນຖານະທີ່ເປັນ upconversion photo- luminescence (UCPL) phosphor, AlON ສາມາດຖືກ doped ກັບອົງປະກອບຂອງແຜ່ນດິນໂລກທີ່ຫາຍາກຕ່າງໆ, ເຊັ່ນ Eu₂+ [27], Yb₃+[28], Tm₃+ [29], ແລະ Ce₃+ [30]. ບໍ່ດົນມານີ້, ແວ່ນຕາທີ່ອີງໃສ່ AlON ລາຄາຖືກລວມກັບຊັ້ນ 4-dimethyl-amino-N-methyl-4- stilbazoliumtosylate (DAST) [31] ແລະ VO₂ ຟິມບາງໆໃສ່ AlON ໂປ່ງໃສ [32] ພົບວ່າມີ ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ມີທ່າແຮງໃນປ່ອງຢ້ຽມອັດສະລິຍະ. ALON(5)−DAST(90)−ALON(5) ປະຕິບັດໄດ້ດີກວ່າແວ່ນຕາປ່ອງຢ້ຽມການຄ້າມາດຕະຖານອຸດສາຫະກໍາດ້ວຍຂໍ້ສັງເກດຂອງລາຄາຖືກທີ່ສຸດ, ນ້ໍາຫນັກເບົາ, ແລະແຂງທີ່ສຸດ [31]. ນອກຈາກນັ້ນ, Ti6Al4V ໄດ້ຖືກກະກຽມຢ່າງສໍາເລັດຜົນໃນ AlON ceramic ໂດຍຜ່ານວິທີການ brazing ອົງປະກອບທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ, ແລະອົງປະກອບສະແດງໃຫ້ເຫັນຄຸນສົມບັດກົນຈັກທີ່ໂດດເດັ່ນ [33]. ຄວນສັງເກດວ່າສານເຕີມແຕ່ງໃຫມ່ຂອງ H₃BO₃ [34] ແລະອົງປະກອບຂອງແຜ່ນດິນໂລກ (Sc, La, Pr, Sm, Gd, Dy, Er, ແລະ Yb) [35] ແມ່ນແຕກຕ່າງຈາກ Y₂O₃, La₂O₃, ແລະ MgO ທໍາມະດາ. ເຖິງແມ່ນວ່າວິທີການປັບປຸງ, ສານເຕີມແຕ່ງ sintering ໃຫມ່, ອົງປະກອບແຜ່ນດິນໂລກທີ່ສະລັບສັບຊ້ອນຫຼາຍ doping ແລະຄໍາຮ້ອງສະຫມັກການສໍາຫຼວດສົດ, ແລະອື່ນໆ, ໄດ້ຖືກພັດທະນາຢ່າງກວ້າງຂວາງ, ການສະຫຼຸບທີ່ເປັນລະບົບ, ເປົ້າຫມາຍແລະທັນສະໄຫມຍັງຂາດ [11,13,36,37]. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ບາງບັນຫາທີ່ບໍ່ໄດ້ຮັບການແກ້ໄຂແລະສິ່ງທ້າທາຍໃຫມ່ຂອງເຊລາມິກ AlON ຂັດຂວາງການສົ່ງເສີມການຄ້າແລະຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງພວກເຂົາ. ດັ່ງນັ້ນ, ບົດຄວາມນີ້ໃຊ້ເວລາການທົບທວນຄືນຫລ້າສຸດແລະສໍາຄັນຂອງ ceramics AlON ໂປ່ງໃສໃນຂໍ້ກໍານົດຂອງວິທີການກະກຽມ, sintering additives, ເຕັກໂນໂລຊີ sintering, ສິ່ງທ້າທາຍແລະຄວາມສົດໃສດ້ານການພັດທະນາ.

  ຟ້ອນ 1

                  ຕາຕະລາງ 1 ຄຸນສົມບັດຂອງ γ-AlON [14]                          

AlON ມີໂຄງສ້າງ spinel cubic ທີ່ມີກຸ່ມຊ່ອງຂອງ Fd3m [38,39]. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1 [40], ອະຕອມ N ແລະ O ແມ່ນຕັ້ງຢູ່ໃນສະຖານທີ່ 32e, ແລະອະຕອມ Al ຕັ້ງຢູ່ສະຖານທີ່ 16d ແລະ 8a. ອີງໃສ່ຜົນການທົດລອງ ແລະທິດສະດີ

ໃນ 1964, ແຜນວາດໄລຍະທໍາອິດຂອງສອງAl₂O₃−AlN ອົງປະກອບໄດ້ຖືກຈັດພີມມາໂດຍ LEJUS [43]. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, MCCAULEY et al [44,45] ລາຍງານແຜນວາດຄວາມສົມດຸນໄລຍະທີ່ສົມບູນກວ່າຂອງອົງປະກອບຂອງ pseudo-binary Al₂O₃−AlN ພາຍໃຕ້ການໄຫຼຂອງໄນໂຕຣເຈນຢູ່ທີ່ 1.013 × 105 Pa, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 2 [44]. ນອກເຫນືອຈາກການກໍານົດການທົດລອງ, ການຄິດໄລ່, ຮູບແບບໂຄງສ້າງ anion ຄົງທີ່ຂອງ AlON ສາມາດຖືກອະທິບາຍໂດຍສູດຂອງ Al(64+x)/3V(8−x)/3O32−xNx, ບ່ອນທີ່ 2≤x≤5 [39−42]. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ມັນເປັນການຍາກທີ່ຈະຢືນຢັນຄວາມຮູ້ສຶກທີ່ນັກຄົ້ນຄວ້າບາງຄົນໄດ້ພະຍາຍາມຄິດໄລ່ພາກພື້ນຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງ AlON ແລະລະບົບ pseudo-binary Al₂O₃−AlN ໂດຍອີງໃສ່ຂໍ້ມູນການທົດລອງແລະຂໍ້ມູນ thermodynamic ທີ່ມີຢູ່ໃນແຜນວາດຄວາມສົມດຸນຂອງໄລຍະ [36,46−49]. . ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ການແບ່ງແຍກໄລຍະທີ່ເກີດຂຶ້ນໃນການທົດລອງແມ່ນຍັງບໍ່ສາມາດແກ້ໄຂໄດ້ເນື່ອງຈາກມີຂໍ້ມູນການທົດລອງຫນ້ອຍລົງ. 

ຟ້ອນ 2

ມັນເປັນທີ່ຮູ້ກັນດີວ່າເຊລາມິກມີເມັດພືດ, ຂອບເຂດເມັດພືດ, ແລະ porosity, ແລະອື່ນໆ (ຮູບ 3.)[50,51]. ດັ່ງທີ່ໄດ້ກ່າວມາກ່ອນ, ເຊລາມິກ AlON ມີໂຄງສ້າງລູກບາດ isotropic, ເຊິ່ງເປັນຫນຶ່ງໃນເຫດຜົນທີ່ສໍາຄັນທີ່ພວກເຂົາສາມາດມີຄວາມໂປ່ງໃສ optically. ໃນບັນດາແຫຼ່ງກະແຈກກະຈາຍແສງສະຫວ່າງ, porosity ແມ່ນປັດໃຈສໍາຄັນທີ່ສຸດເພື່ອກໍານົດວ່າເຊລາມິກສາມາດມີຄວາມໂປ່ງໃສຫຼືບໍ່. ການຫຼຸດ porosity ຄວນມີຫຼາຍກວ່າ 99.9% ຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນທາງທິດສະດີ, ແລະຂະຫນາດຂອງ porosity ໃນຂອບເຂດເມັດພືດຄວນຈະມີຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າຄວາມຍາວຄື່ນຂອງແສງສະຫວ່າງຫຼືບໍ່ຄວນມີ. ຂອບເຂດເມັດພືດແມ່ນປະກົດຕົວທີ່ບໍ່ສາມາດຫຼີກເວັ້ນໄດ້ໃນເຊລາມິກແລະມີຜົນກະທົບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ຄວາມໂປ່ງໃສ. ດັ່ງນັ້ນ, ຂອບເຂດເມັດພືດທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງແລະເມັດພືດທີ່ມີຂະຫນາດຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າແລະເປັນເອກະພາບຄາດວ່າຈະໄດ້ຮັບເຊລາມິກ AlON ທີ່ມີຄວາມໂປ່ງໃສສູງ. ການນໍາໃຊ້ສານເຕີມແຕ່ງ sintering ປົກກະຕິແລ້ວສາມາດກໍາຈັດຮູຂຸມຂົນທີ່ຍັງເຫຼືອໃນລະຫວ່າງການ sintering, ແຕ່ມັນຈະເຮັດໃຫ້ເກີດການກະແຈກກະຈາຍຂອງແສງສະຫວ່າງສູນກາງໃຫມ່ໃນເຊລາມິກ, ໄລຍະທີສອງ, ແລະການລວມ. ໃນຖານະເປັນສອງແຫຼ່ງກະແຈກກະຈາຍແສງສະຫວ່າງທີ່ສໍາຄັນ, porosity ແລະຂອບເຂດເມັດພືດຄວນໄດ້ຮັບການຫຼຸດລົງຫຼາຍເທົ່າທີ່ເປັນໄປໄດ້. SHAHBAZI et al [51] ໄດ້ອະທິບາຍເຖິງເຊລາມິກທີ່ມີຄວາມໂປ່ງໃສ, ຕົວກໍານົດການທີ່ມີປະສິດທິພາບກ່ຽວກັບຄວາມໂປ່ງໃສ, ທິດສະດີ Mie, ແລະທິດສະດີ Fraunhofer ໃນລາຍລະອຽດ.

ຟ້ອນ 3 

ມາຮອດປະຈຸ, ມີຫຼາຍວິທີການໄດ້ຖືກລາຍງານເພື່ອກະກຽມພະລັງງານ AlON ຫຼື AlON ceramics, ເຊັ່ນ: ປະຕິກິລິຍາຂອງແຂງສະຖານະ [18,52−55], ວິທີການ carbonization ຈາກ Al₂O₃[19,56−61], ການປ່ອຍອາຍພິດເຄມີ [21,62. ], ແລະ sol-gel method [22,63]. ການສຶກສາສ່ວນໃຫຍ່ໄດ້ສຸມໃສ່ປະຕິກິລິຢາລັດແຂງຂອງ Al₂O₃ ແລະ AlN ຢູ່ໃນອຸນຫະພູມສູງແລະວິທີການຄາບອນໃນການຫຼຸດຜ່ອນAl₂O₃.

ວິ​ທີ​ການ​ຂອງ​ລັດ​ແຂງ​ເປັນ​ວິ​ທີ​ການ​ງ່າຍ​ດາຍ​ແລະ​ທໍາ​ມະ​ດາ​ສໍາ​ລັບ​ການ​ກະ​ກຽມ​ຂອງ​ທາດ​ປະ​ສົມ​ຫຼາຍ​. ຫນຶ່ງໃນຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ຍິ່ງໃຫຍ່ທີ່ສຸດຂອງປະຕິກິລິຍາຂອງສະພາບແຂງຢູ່ໃນອຸນຫະພູມສູງແມ່ນວ່າວັດຖຸດິບສາມາດໄດ້ຮັບຄວາມພະຍາຍາມ. ປະຕິກິລິຍາຂອງ Al₂O₃ ແລະ AlN ສໍາລັບການສ້າງ AlON ສາມາດອະທິບາຍໄດ້ເປັນ 5AlN+9Al₂O₃→ Al₂₃O₂₇N₅[13,64]. ພະລັງງານ Al₂O₃ ແລະ AlN ທີ່ມີຄວາມບໍລິສຸດສູງແມ່ນມີຢູ່ໃນຕະຫຼາດ ແລະສາມາດຖືກໃຊ້ໂດຍກົງເພື່ອຜະລິດພະລັງງານ AlON ຫຼືແມ້ກະທັ້ງເຄື່ອງປັ້ນດິນເຜົາ AlON ທີ່ໂປ່ງໃສ. ການກະກຽມຂັ້ນຕອນດຽວຂອງເຊລາມິກ AlON ບໍ່ພຽງແຕ່ສາມາດຫຼຸດຜ່ອນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການ sintering ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ແຕ່ຍັງເຮັດໃຫ້ຂະບວນການ sintering ງ່າຍເຊັ່ນດຽວກັນ, ສາມາດບັນລຸການຜະລິດຂະຫນາດໃຫຍ່ໄດ້ຢ່າງງ່າຍດາຍ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຜົງອາດຈະຖືກລວບລວມຫຼືປະສົມກັນຢ່າງບໍ່ຊ້ໍາກັນ, ເຮັດໃຫ້ຄວາມໂປ່ງໃສທີ່ບໍ່ດີຂອງເຊລາມິກ AlON. ໃນ​ຂະ​ນະ​ດຽວ​ກັນ​, ຄວາມ​ບໍ​ລິ​ສຸດ​ສູງ ultrafine AlN ມີ​ລາ​ຄາ​ແພງ​, ເຊິ່ງ​ເພີ່ມ​ຕົ້ນ​ທຶນ​ການ​ຜະ​ລິດ​. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ. 4(a), MCCAULEY ແລະ ORBIN [52] ທຳອິດໄດ້ກະກຽມແຜ່ນ AlON ທີ່ມີຄວາມໂປ່ງໃສ ແລະນຳສະເໜີແຜນວາດໄລຍະອຸນຫະພູມສູງທີ່ຫລອມໂລຫະຂອງ AlON ຕາມສ່ວນປະສົມຂອງອົງປະກອບຂອງ Al₂O₃−AlN. ຂະບວນການ sintering ໄລຍະຂອງແຫຼວໄດ້ຖືກຈ້າງງານເພື່ອຜະລິດເຊລາມິກ AlON ໂປ່ງໃສໂດຍ PATEL et al [65]. α- Al₂O₃ ໃນຂອບເຂດຂອງ 27–30 mol.% ໄດ້ຖືກປະສົມຄັ້ງທໍາອິດກັບ AlN. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ປະສົມໄດ້ຖືກກົດດັນເຂົ້າໄປໃນເມັດຫຼັງຈາກບານ. ເມັດຖືກ sintered ຢູ່ທີ່ 1950-2025 ° C ສໍາລັບ 10-60 ນາທີ, ແລະວັດສະດຸບາງສ່ວນສາມາດເປັນໄລຍະຂອງແຫຼວເພື່ອສົ່ງເສີມການ sintering ໃນຂັ້ນຕອນນີ້. ຕໍ່ໄປ, ອຸນຫະພູມຂອງລະບົບຫຼຸດລົງ 50-100 ອົງສາແລະເກັບຮັກສາໄວ້ອີກ 8-20 ຊົ່ວໂມງເພື່ອປັບປຸງຄວາມຫນາແຫນ້ນແລະຄວາມໂປ່ງໃສຕື່ມອີກ. CHEN et al [66] ທໍາອິດສັງເຄາະໄລຍະຂອງພະລັງງານ AlON ບໍລິສຸດ: Ce3+ ຢູ່ທີ່ 1780 ° C ໃນໄນໂຕຣເຈນ, ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ເຕັມທີ່ຫນາແຫນ້ນແລະໂປ່ງໃສຂອງເຊລາມິກ AlON: Ce3+ ໄດ້ບັນລຸໄດ້ໂດຍການ sintering ທີ່ບໍ່ມີຄວາມກົດດັນຂອງແຫຼວທີ່ 1900 ° C ເປັນເວລາ 20 ຊົ່ວໂມງ. (ຮູບ. 4(a) ແລະ (b)). ນອກເຫນືອຈາກການສັງເຄາະໂດຍກົງຂອງວິທີການທີ່ໃຊ້ໃນການກະກຽມຝຸ່ນ AlON ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນ ceramics AlON ທີ່ມີຄວາມໂປ່ງໃສໂດຍລັດແຂງທີ່ໃຊ້ໃນການຜະລິດເຊລາມິກ AlON. ວິທີການທີ່ສໍາຄັນ, LI et al [67] ໃຊ້ Al₂O₃ແລະ AlN ຜົງປະໂຫຍດຂອງວິທີການນີ້ແມ່ນຢູ່ໃນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕ່ໍາຂອງວັດຖຸດິບເພື່ອສັງເຄາະວັດຖຸດິບໄລຍະດຽວຢ່າງໄວວາແລະຄວາມເປັນໄປໄດ້ສໍາລັບພະລັງງານ AlON ອຸດສາຫະກໍາທໍາອິດໂດຍຜ່ານລັດແຂງ. ວິທີການ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ການຜະລິດ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເງື່ອນໄຂການ sintering ແມ່ນຝຸ່ນ AlON ທີ່ໄດ້ກະກຽມໄດ້ຖືກດິນເຂົ້າໄປໃນສະລັບສັບຊ້ອນອັນດີ, ແລະມັນຍາກທີ່ຈະຄວບຄຸມ mole AlON ຜົງ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ. 4(d) ແລະ (e). ອັດຕາສ່ວນຂອງ Al₂O₃ ກັບ C, ແລະ AlON ແມ່ນໂປ່ງໃສໄດ້ຢ່າງງ່າຍດາຍ AlON ceramic ໄດ້ຖືກຜະລິດໂດຍ decomposed ເປັນ Al₂O₃ ແລະ AlN ໃນ N2pressureless sintering ບັນຍາກາດ AlON ທີ່ດີທີ່ໄດ້ຮັບໃນອຸນຫະພູມສູງ. ຜົງທັງ ໝົດ ນີ້, ແລະການສົ່ງຕໍ່ໃນເສັ້ນຂອງ AlON ອາດຈະເຮັດໃຫ້ຜົງ AlON ທີ່ບໍ່ສະອາດ. ceramic ແມ່ນສູງເຖິງ 84.3% (d100 mm × 1 mm) ທີ່ JIN et al [68] firstly fabricated an Al₂O₃ / 3.7 μm (Figs. 4(f) ແລະ (g)).

ຟ້ອນ 4 

ການ​ຫຼຸດ​ຜ່ອນ carbothermal ແລະ nitridation ປະ​ສົມ nitridation carbothermal​, ດັ່ງ​ທີ່​ສະ​ແດງ​ໃຫ້​ເຫັນ​ໃນ​ຮູບ​. 5(a−c). ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການ, ວິທີການຊັ້ນຄາບອນ (CRN) ທໍາອິດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຜະລິດຢູ່ໃນພື້ນຜິວອະນຸພາກAl₂O₃ໄດ້ຖືກພົບເຫັນຢ່າງແຂງແຮງຂອງທາດປະສົມຂອງ AlON ໂດຍ YAMAGUCHI ແລະເຮັດໃຫ້ການຕ້ານການ coalescence ແລະການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ Al₂O₃ YANAGIDA ໃນປີ 1959 [39]. CRN ແມ່ນອະນຸພາກຫຼາຍທີ່ສຸດ. ສຸດທ້າຍ, ເຊລາມິກ AlON ໂປ່ງໃສທີ່ມີການສົ່ງສັນຍານໃນເສັ້ນສູງສຸດສູງກວ່າ 80% ທີ່ 2000 nm ສາມາດເຮັດໄດ້ດ້ວຍວິທີການ nitridation carbothermal ສອງຂັ້ນຕອນໃນໄນໂຕຣເຈນທີ່ 1950 °C ເປັນເວລາ 8 ຊົ່ວໂມງ (ຮູບ 5(d)). SHAN et al [69] ລາຍງານວ່າທັງ bimodal (~1.1 μm ແລະ ~ 2.2 μm) ແລະ unimodal (~1.1 μm) AlON ຜົງສາມາດໄດ້ຮັບໂດຍການນໍາໃຊ້ໂຮງງານບານຂອງຜົງ AlON ທີ່ກຽມໄວ້ໂດຍຜ່ານວິທີການ CRN ( ຮູບ 5(e) ແລະ (f)). ພວກເຂົາເຈົ້າໄດ້ພົບເຫັນວ່າຝຸ່ນ AlON ທີ່ມີການແຜ່ກະຈາຍຂະຫນາດ particle bimodal (PSD) ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນໄວໃນລະຫວ່າງການຂະບວນການ sintering, ແລະ ceramics AlON ໂປ່ງໃສທີ່ດີເລີດທີ່ມີການສົ່ງຜ່ານອິນຟາເລດເຖິງ 82.1% ທີ່ ~ 3600 nm ແມ່ນ sintered ບໍ່ມີຄວາມກົດດັນໃນໄນໂຕຣເຈນຢູ່ທີ່ 1820 ° C ສໍາລັບ 2.5 ຊົ່ວໂມງ. (ຮູບ 5(g))

ຟ້ອນ 5

ຜົງγ-AlON ອັນດີ ແລະບໍລິສຸດໄດ້ຖືກກະກຽມຢ່າງສຳເລັດຜົນໂດຍ YUAN et al [70] ຜ່ານວິທີການປະສົມ (ຮູບ 6(a) ແລະ (b)). ພວກເຂົາເຈົ້າໄດ້ນໍາໃຊ້ຝຸ່ນγ-AlON ຕື່ມອີກເພື່ອຜະລິດເຊລາມິກ AlON ແລະສຶກສາຜົນກະທົບຂອງ lamellas ຝາແຝດຕໍ່ຄວາມເຂັ້ມແຂງກົນຈັກ (ຮູບ 6(c−j)) [71]. ພວກເຂົາເຈົ້າໄດ້ພົບເຫັນວ່າຝາແຝດ lamellas ແລະເຂດແດນເພີ່ມຂຶ້ນກັບການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຂະຫນາດເມັດພືດສະເລ່ຍໃນຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງເຊລາມິກ AlON, ເຊິ່ງໄດ້ສະຫນອງວິທີການທີ່ດີທີ່ຈະເສີມຂະຫຍາຍ ceramics ໂປ່ງໃສທີ່ມີເມັດພືດຂະຫນາດໃຫຍ່. 

ມາຮອດປັດຈຸບັນ, ຍັງມີວິທີການອື່ນໆທີ່ຄົ້ນພົບເພື່ອສັງເຄາະຜົງ AlON ຫຼືເຊລາມິກ. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ASPAR et al [62] ກະກຽມສານປະສົມ AlON ໂດຍໃຊ້ແອມໂມເນຍ, trimethyl-ອາລູມິນຽມ, ແລະ nitrous oxide ໂດຍການປ່ອຍອາຍພິດທາງເຄມີ (CVD) ວິ​ທີ​ການ​. ມັນໄດ້ຖືກພົບເຫັນວ່າອຸນຫະພູມແລະຄວາມກົດດັນມີຜົນກະທົບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ອົງປະກອບຂອງຄວາມສົມດຸນໂດຍການດັດແປງປະລິມານ CO ໃນປະຈຸບັນ. IRENE et al [21] ຍັງໄດ້ນໍາໃຊ້ວິທີການ CVD ເພື່ອຜະລິດຮູບເງົາ AlxOyNz ເທິງຊິລິໂຄນ. ສິ່ງສໍາຄັນ, ໄລຍະສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ໂດຍການປັບອັດຕາສ່ວນຂອງອາຍແກັສ NH₃ / CO₂ ແລະອຸນຫະພູມການກະກຽມ KIM et al [72] ພັດທະນາວິທີການທີ່ອີງໃສ່ອຸນຫະພູມຕ່ໍາ sol-gel ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຮັບລະບົບ Al-ON, ເຖິງແມ່ນວ່າມັນອາດຈະຍາກທີ່ຈະຈັດການກັບ. nitride ຄາຣະວາຂອງ hydrazine ໃນຂະບວນການນີ້. ບາງສານ nitriding ອື່ນໆໄດ້ຖືກຂຸດຄົ້ນຢູ່ໃນການສືບສວນຕື່ມອີກຂອງພວກເຂົາ. KIKKAWA et al [73] fabricated AlON ໂດຍຜ່ານ ammonia nitridation ຂອງຄາຣະວາຜູ້ອອກໄຊ, ເຊິ່ງຜະລິດໂດຍ peptizing glycine gel ກັບອາລູມິນຽມ nitrate. ນອກຈາກນັ້ນ, ເຄື່ອງປະຕິກອນ plasma ໄດ້ຖືກອອກແບບເພື່ອສັງເຄາະຂອງ AlON nanopowders ຕາມປະຕິສໍາພັນຂອງຜົງ Al ກັບແອມໂມເນຍແລະອາກາດໃນ plasma ໄນໂຕຣເຈນຄວາມຮ້ອນ [74] ອົງປະກອບໄລຍະ, ສານເຄມີ, ແລະການກະແຈກກະຈາຍຂອງ nano- ຜົງກະກຽມແມ່ນມີຄວາມກ່ຽວຂ້ອງກັນ. ຕົວກໍານົດການຂະບວນການ plasma ແລະການອອກແບບເຕົາປະຕິກອນ.

ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ເຊລາມິກ AlON ທີ່ມີຄວາມໂປ່ງໃສສູງ, ຄວນເພີ່ມສານເຕີມແຕ່ງ sintering ເພື່ອກໍາຈັດຮູຂຸມຂົນທີ່ຕົກຄ້າງໃນລະຫວ່າງການ sintering, ເຊິ່ງເປັນສູນກາງການກະແຈກກະຈາຍຂອງແສງສະຫວ່າງ. ໃນປັດຈຸບັນ, ສານເຕີມແຕ່ງຕ່າງໆສໍາລັບ AlON, ເຊັ່ນ Y₂O₃, La₂O₃, MgO, SiO₂, ແລະ CaCO₃, ໄດ້ຖືກສືບສວນຢ່າງກວ້າງຂວາງ [67−69,75–80]. ອີງຕາມປະເພດຂອງສານເຕີມແຕ່ງ sintering, ພວກເຮົາໄດ້ສະຫຼຸບຜົນໄດ້ຮັບຄວາມໂປ່ງໃສປົກກະຕິຂອງເຊລາມິກ AlON ທີ່ມີສານເຕີມແຕ່ງ sintering ຕ່າງໆ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຕາຕະລາງ 2. ຕົວຢ່າງ, SHAN et al [69] ລາຍງານວ່າການສົ່ງຕໍ່ໃນເສັ້ນຂອງ AlON ceramic (3. mm ໃນຄວາມຫນາ) ແມ່ນ 82.1% ທີ່ຄວາມຍາວຄື້ນຂອງ 3600 nm ກັບ 0.5 wt.% Y₂O₃. SiO₂ ທໍາອິດຖືກໃຊ້ເປັນສານເຕີມແຕ່ງສໍາລັບເຊລາມິກ AlON (ຮູບ 7(b)) [76]. ພວກເຂົາເຈົ້າພົບວ່າການສົ່ງຕໍ່ໃນເສັ້ນຂອງ AlON ceramic ແມ່ນສູງເຖິງ 86% (ຄວາມຫນາ 3.5 ມມ) ທີ່ 2000 nm ແລະບໍ່ອ່ອນໄຫວຕໍ່ກັບຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງສານເສີມທີ່ມີ 0.15−0.55 wt% SiO2. ນັກຄົ້ນຄວ້າບາງຄົນໄດ້ນໍາໃຊ້ສອງປະເພດຂອງສານເຕີມແຕ່ງ sintering ເພື່ອຜະລິດເຊລາມິກ AlON ທີ່ມີຄວາມໂປ່ງໃສສູງ. WANG et al [81] ໃຊ້ 0.12wt.% Y₂O₃−0.09wt.% La₂O₃ ເປັນສານເຕີມເຕັມຂອງເຊລາມິກ AlON, ໄດ້ຮັບການສົ່ງຜ່ານ 80.3% (ຄວາມຫນາ 2 ມມ) ທີ່ 400 nm (ຮູບ 7(a)). . ພວກເຂົາເຈົ້າໄດ້ລາຍງານວ່າ Y₃+ ແລະ La₃+ ມີຜົນກະທົບປະສົມປະສານກັບການເຕີບໂຕຂອງເມັດພືດທີ່ມີ Y₃+ ປັບປຸງການເຄື່ອນຍ້າຍຂອງເມັດພືດແລະສົ່ງເສີມການເຕີບໂຕຂອງເມັດພືດໃນຂະນະທີ່ La₃+ ຂັດຂວາງການເຕີບໂຕຂອງເມັດພືດ. JIN et al [68] ເຊລາມິກ AlON sintered ນໍາໃຊ້ສາມປະເພດຂອງ sintering additives ໂດຍບໍ່ມີການຄວາມກົດດັນ, ປະກອບໂດຍ 0.1 wt.% MgO, 0.08 wt.% Y₂O₃, ແລະ 0.025 wt.% La₂O₃, ແລະບັນລຸ 81% transmitt (1 ມມ. ຄວາມຫນາ) ທີ່ 1100 nm. ບໍ່ດົນມານີ້, Y₂O₃−La₂O₃− MnO ເປັນສານເຕີມແຕ່ງປະສົມເພື່ອຜະລິດເຊລາມິກ AlON ໂປ່ງໃສໄດ້ຖືກສືບສວນໂດຍ WANG et al [81] (ຮູບ 7(d)). ຂອບເຂດຈໍາກັດການລະລາຍຂອງສານເຕີມແຕ່ງ sintering ໃນ AlON ໄດ້ຖືກສຶກສາໂດຍ MILLER ແລະ KAPLAN [82] ໂດຍໃຊ້ wavelengthdispersive spectroscopy mounted on scanning electron microscope. ພວກເຂົາພົບວ່າຂໍ້ຈໍາກັດການລະລາຍຂອງ La, Y, ແລະ Mg ໃນ AlON ຢູ່ທີ່ 1870 ° C ແມ່ນ (498±82) × 10−6, (1775± 128) × 10−6, ແລະ > 4000 × 10−6, ຕາມລໍາດັບ. 

ຟ້ອນ 6

ນອກເໜືອໄປຈາກສານເຕີມແຕ່ງ sintering ທຳມະດາຂອງ Y₂O₃, La₂O₃, ແລະ MgO, ສານເຕີມແຕ່ງໃໝ່ຂອງ H₃BO₃ ທີ່ອີງໃສ່ ternary composite [34] ແລະ ອົງປະກອບແຜ່ນດິນໂລກ [35] ຍັງຖືກສືບສວນ. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ. 8(a) ແລະ (b), ອົງປະກອບຂອງແຜ່ນດິນໂລກທີ່ຫາຍາກຕ່າງໆ (Sc, La, Pr, Sm, Gd, Dy, Er, ແລະ Yb) ໄດ້ຖືກຂຸດຄົ້ນຢ່າງເປັນລະບົບເປັນສານເຕີມແຕ່ງສໍາລັບເຊລາມິກ AlON ທີ່ໂປ່ງໃສ, ຕາມລໍາດັບ. ມັນໄດ້ຖືກພົບເຫັນວ່າເຊລາມິກ AlON ທີ່ມີ 0.1 wt.% Pr-nitrate ນໍາສະເຫນີການສົ່ງຜ່ານສູງສຸດຂອງ ~ 80% ໂດຍການ sintering ສອງຂັ້ນຕອນໂດຍຄວາມກົດດັນ (ຮູບ 8 (c)), ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າອົງປະກອບຂອງແຜ່ນດິນໂລກທີ່ຫາຍາກສາມາດເປັນທາງເລືອກທີ່ດີ sintering. ສານເຕີມແຕ່ງ. ຫວ່າງມໍ່ໆມານີ້, ການນໍາໃຊ້ Y₂O₃−MgAl₂O₄−H₃BO₃ ເປັນສານເຕີມແຕ່ງຮ່ວມກັນ, YANG et al [34] ໄດ້ຮັບ AlON ceramic ທີ່ມີການຖ່າຍທອດເຖິງ 81% (ຄວາມຫນາ 4 ມມ) ທີ່ 600 nm ໂດຍການ sintering ຂັ້ນຕອນດຽວເມື່ອ H₃ BO. ເນື້ອຫາແມ່ນ 0.12 wt.% (ຮູບ 8(d)). 

ຟ້ອນ 7

      ຕາຕະລາງ 2 ຜົນໄດ້ຮັບຄວາມໂປ່ງໃສຂອງເຊລາມິກ AlON ທີ່ມີສານເຕີມແຕ່ງ sintering ຕ່າງໆ

ກ່ອນທີ່ຈະ sintering, ເມັດສີຂຽວຂອງຝຸ່ນ AlON ປົກກະຕິແລ້ວແມ່ນສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໂດຍຂະບວນການແຫ້ງ, ລວມທັງກົດ uniaxial ພາຍໃຕ້ຄວາມກົດດັນແລະກົດ isostatic ເຢັນ, ຫຼືໂດຍຂະບວນການປຽກ, ລວມທັງການຫລໍ່ gel-casting [8,63,83]. ເຕັກໂນໂລຊີ sintering ຈໍານວນຫຼາຍໄດ້ຖືກຂຸດຄົ້ນເພື່ອກະກຽມເຊລາມິກ AlON, ເຊັ່ນ: sintering ທີ່ບໍ່ມີຄວາມກົດດັນ [56,58,67,68,77,79], sintering ສູນຍາກາດ [65], ການກົດດັນຮ້ອນ [84], sintering microwave [85,86], spark plasma sintering [87−89] ແລະການກົດ isostatic ຮ້ອນ [75,76,78,90,91]. ຂໍ້ດີແລະຂໍ້ເສຍຂອງວິທີການກະກຽມທົ່ວໄປຂອງ AlON ceramics ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຕາຕະລາງ 3. Pressureless sintering ເປັນເທກໂນໂລຍີ sintering ແບບດັ້ງເດີມທີ່ສຸດແລະປະຫຍັດຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການຜະລິດຈໍານວນຫລາຍຂອງເຊລາມິກ AlON ທີ່ມີຂະຫນາດແລະຮູບຮ່າງຕ່າງໆ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ອຸນຫະພູມ sintering ສູງ, ທີ່ໃຊ້ເວລາ sintering ຍາວ, ແລະ sintering additives ໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນຈໍາເປັນເພື່ອໃຫ້ໄດ້ ceramics AlON ໂປ່ງໃສສູງ. LI et al [67] ລາຍງານຈໍານວນ arge ຂອງເຊລາມິກ AlON ໂປ່ງໃສທີ່ມີຂະຫນາດ d100 mm × 1 mm ໂດຍການ sintering ຄວາມກົດດັນທີ່ 1950 ° C ສໍາລັບ 12 ຊົ່ວໂມງພາຍໃຕ້ບັນຍາກາດ N2 flowing ໃນ furnace graphite. ການສົ່ງສັນຍານໃນເສັ້ນຂອງ AlON ceramic (ຄວາມຫນາ 1 ມມ) ແມ່ນ 84.3% ຢູ່ທີ່ 3.7 μm wavelength ກັບ 0.5 wt.% Y₂O₃. ການ sintering ສູນຍາກາດເປັນເຕັກໂນໂລຊີ sintering ປະສິດທິພາບເພື່ອກໍາຈັດອາຍແກັສຈາກ ceramics [92]. PATEL et al [65] ໄດ້ໃຊ້ພະລັງງານ Al2O3 ແລະ AlN ທີ່ມີຄວາມບໍລິສຸດສູງເປັນວັດຖຸດິບເພື່ອຜະລິດເຊລາມິກ AlON ທີ່ມີຄວາມໂປ່ງໃສຢູ່ທີ່ 2000 °C ສໍາລັບ 8 h ແລະ 32 MPa ຂອງຄວາມກົດດັນພາຍໃຕ້ການກົດດັນຮ້ອນ, ປະຕິບັດຕາມຢູ່ທີ່ 1900 ° C ສໍາລັບຫຼາຍກ່ວາ 8. h ໃນສູນຍາກາດ. ເຄື່ອງກົດຮ້ອນ (HP) sintering ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອນໍາໃຊ້ຄວາມກົດດັນຕາມແກນເພື່ອເລັ່ງການເຄື່ອນໄຫວຂອງພະລັງງານແລະເຮັດໃຫ້ເມັດສີຂຽວມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຢ່າງເຕັມທີ່ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ. ແຕ່ HP sintering ບໍ່ເຫມາະສົມທີ່ຈະກະກຽມຕົວຢ່າງຂະຫນາດໃຫຍ່ແລະສະລັບສັບຊ້ອນ, ແລະການຜະລິດແມ່ນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງ, ແລະ impurities ແລະຂໍ້ບົກພ່ອງສາມາດໄດ້ຮັບການແນະນໍາ inevitably. ຕ້ອງມີຂະບວນການຫຼັງການຫມູນວຽນເພື່ອກໍາຈັດການປົນເປື້ອນຂອງຄາບອນ [8]. TAKEDA ແລະ HOSAKA [84] ໄດ້ຮັບ λ-AlON ceramic ໂປ່ງໃສທີ່ 1900 °C ສໍາລັບ 1 h ແລະ 20 MPa ຂອງຄວາມກົດດັນພາຍໃຕ້ການກົດດັນຮ້ອນ. ໄມໂຄເວຟ sintering ມີປະສິດທິພາບພະລັງງານສູງ, ປະຫຍັດຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ອຸນ​ຫະ​ພູມ sintering ຕ​່​ໍ​າ​, ຕິ​ກິ​ຣິ​ຍາ​ທີ່​ເຂັ້ມ​ແຂງ​, ແລະ​ອັດ​ຕາ​ການ sintering​. ໃນຂະບວນການໄມໂຄເວຟ, ພະລັງງານໄມໂຄເວຟທີ່ປ່ຽນແລ້ວສາມາດໃຫ້ຄວາມຮ້ອນພາຍໃນປະລິມານຕົວຢ່າງຂອງມັນເອງ. CHENG et al [85] resented ທີ່ AlON sintered ຢູ່ທີ່ 1800 ° C ສໍາລັບ 1 h ໃນລະຫວ່າງການຂະບວນການ microwave ມີສາຍສົ່ງທັງຫມົດ 60%. Spark plasma sintering (SPS), ຍັງເອີ້ນວ່າການ sintering ກະແສໄຟຟ້າທີ່ມີກໍາມະຈອນ, ສາມາດຮັບຮູ້ ceramics ໂປ່ງໃສຫນາແຫນ້ນທີ່ມີເມັດພືດອັນດີອັນເນື່ອງມາຈາກທີ່ໃຊ້ເວລາ sintering ສັ້ນຂອງຕົນແລະອຸນຫະພູມຕ່ໍາດ້ວຍການຊ່ວຍເຫຼືອຂອງ DC pulsed ພາຍໃຕ້ຄວາມກົດດັນ. ດັ່ງນັ້ນ, ການເຕີບໂຕຂອງເມັດພືດສາມາດຫຼຸດລົງ. SHAN et al [87] ຜະລິດເຊລາມິກ AlON ທີ່ມີຄວາມໂປ່ງໃສສູງໂດຍ SPS ຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມຕ່ໍາຂອງ 1600 ° C ແລະອັດຕາຄວາມຮ້ອນໄວຂອງ 50-250 ° C / ນາທີພາຍໃຕ້ຄວາມກົດດັນຂອງ 60 MPa. ການຖ່າຍທອດສູງສຸດຂອງເຊລາມິກ AlON ທີ່ໄດ້ຮັບ (ຄວາມຫນາ 1.4 ມມ) ແມ່ນ 80.6%. 

ຟ້ອນ 8

ຕາຕະລາງ 3 ຂໍ້ດີແລະຂໍ້ເສຍຂອງວິທີການກະກຽມທົ່ວໄປຂອງ AlON ceramic

 ການກົດ isostatic ຮ້ອນ (HIP) ເປັນເທກໂນໂລຍີ sintering ທີ່ມີປະສິດທິພາບທີ່ສຸດເພື່ອບັນລຸຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງສຸດແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງເຊລາມິກສົ່ງ optical ສູງໂດຍການຫຼຸດຜ່ອນ pores ຕົກຄ້າງໃນເຊລາມິກ [8,11,93,94]. ໃນລະຫວ່າງການ sintering ອຸນຫະພູມສູງ, ອຸປະກອນ HIP ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ໂດຍຄວາມກົດດັນອາຍແກັສ isostatic. ຮູບ 9 ສະແດງໃຫ້ເຫັນແຜນວາດ schematic ຂອງຕົວແບບຈຸລະພາກສໍາລັບການກໍາຈັດ pore ໂດຍ HIP [8,95]. ໂດຍປົກກະຕິ, ມັນເປັນການຍາກທີ່ຈະກໍາຈັດຮູຂຸມຂົນທີ່ຕົກຄ້າງໂດຍເຕັກໂນໂລຊີ sintering ອື່ນໆ. ຂັ້ນຕອນ HIP ເພີ່ມເຕີມແມ່ນຈໍາເປັນເພື່ອກໍາຈັດຮູຂຸມຂົນທີ່ຕົກຄ້າງແລະເພີ່ມຄວາມຫນາແຫນ້ນແລະການຖ່າຍທອດທີ່ໃກ້ຊິດກັບມູນຄ່າທາງທິດສະດີ. 

ຟ້ອນ 9

ວຽກງານນີ້ໄດ້ຮັບການສະຫນັບສະຫນູນຈາກມູນນິທິວິທະຍາສາດທໍາມະຊາດແຂວງ Jiangxi, ຈີນ (ສະບັບເລກທີ 20192BAB216009), ໂຄງການແຜນການວິທະຍາສາດແລະເຕັກໂນໂລຊີແຂວງ Hunan, ຈີນ (ສະບັບເລກທີ 2019WK2051), ແລະໂຄງການວິທະຍາສາດແລະເຕັກໂນໂລຊີ Changsha, Hunan, ຈີນ (ສະບັບເລກທີ. kh2003023).