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氮化铝透明陶瓷的烧结技术研究 （材料复合新技术国家重点实验室 武汉 430070） 摘要：氮化铝(AlN)透明陶瓷因具有高热导率、低介电常数、高绝缘性、与硅相匹配的热膨胀系数及其他优良的物理特性,在新材料领域越来越引起人们的广泛关注。本文主要介绍AlN透明陶瓷的烧结技术，如，热压烧结、无压烧结、放电等离子烧结及微波烧结，并分析了AlN陶瓷的应用领域与前景。 关键词：氮化铝透明陶瓷；热压烧结；无压烧结；放电等离子烧结；微波烧结 The sintering technology research of aluminum nitride transparent ceramics (State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan, 43007) Abstract：Aluminum nitride (AlN) transparent ceramic is more and more aroused peoples wide concern in the field of new materialss high heat conductivity, low dielectric constant, high insulating property, the thermal expansion coefficient that match the silicon and other excellent physical properties. The sintering technologies of AlN transparent ceramic were introduced in this paper, like Hot Pressed Sintering, Pressureless Sintering, Spark Plasma Sintering and Microwave Sintering and analyzes the application fields and prospect of AlN ceramics. Key words: aluminum nitride transparent ceramic; hot pressed sintering; pressureless sintering; spark plasma sintering; microwave sintering 1、引言 1957年，美国陶瓷学家Coble成功制备了世界上第一块透明氧化铝陶瓷[1]。这种陶瓷除了具有很好的透明性，还有许多其他材料无法比拟的性质，如耐腐蚀性，耐高温高压，高强度，优良的介电性能，低电导率，高热导性等等，所以在照明、光学、电子等领域得到了广泛的应用。近年来，美国、日本、英国、俄罗斯、法国等国家对透明陶瓷做了许多研究开发工作，相继开发出了Al2O3、Y2O3、MgO、CaO、TiO2、ThO2、ZrO2等氧化物透明陶瓷以及AlN、ZnS、ZnSe、MgF2、CaF2等非氧化物透明陶瓷，广泛应用于红外窗口、光学、激光等领域[2]。 其中透明氮化铝陶瓷不仅继承了AlN 陶瓷自身的优点 (高热导率、低介电常数、高绝缘性等)，而且还具有透明性，使其在红外导流罩以及窗体材料等领域有着广泛的应用前景。然而，氮化铝是强共价键化合物，烧结活性低，而且氮化铝很容易水解引入氧杂质，因此纯的氮化铝因其很难烧结达到完全致密而限制了它的实际应用。为了获得致密的AlN陶瓷通常引入烧结助剂 (常用的烧结助剂是某些稀土化合物和碱土化合物，如Y2O3，CaO，CaC2，La2O3 等) ，或者延长烧结时间 (几小时甚至更长) 来实现[3,4 ] 。而透明氮化铝陶瓷的烧结就更加困难，目前国外成功烧结氮化铝透明陶瓷的报道较，Nobuyuki 等[5～7]采用热压烧结，在N2 气氛下、以CaO，3CaO·Al2O3 为添加剂或不加任何添加剂、在1850～2000 ℃的烧结温度下烧结3～10 h 制备了透明氮化铝陶瓷；国内有上海硅酸盐研究所的周艳平等[8 ,9 ]以CaC2 为烧结助剂，采用无压烧结在1 800～1 850 ℃的温度下烧结12 h，以及采用热压烧结在1700～1800 ℃的烧结温度下烧结4～10 h 制得透明氮化铝陶瓷。但所报道的材料的烧结时间都较长，均采用N2 气氛，并且大多采用了烧结助剂。武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室的傅正义等采用放电等离子烧结(spark plasma sintering , SPS) 技术烧结氮化铝，在不加任何添加剂的条件下，1800 ℃，4～20 min 烧结制备了透明