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AlON的由來很有意思
1986年，美國曾上映了一部電影《星際旅行4：搶救未來》，電影中來自23世紀的人為運送2條鯨魚，他們打算利用23世紀的技術知識制備出名為“透明鋁”的東西，雖名為“透明鋁”，但從劇情截圖可以看出，該材料有氮原子、鋁原子、及另外一種原子，從它的物質組成可判斷出它和我們今天要講到的AlON透明陶瓷非常相似。
巧合的是，現實中氮氧化鋁也是在電影上映的十年前剛被制備出來（1976年，美國陸軍材料與力學研究中心的Mccauley和Corbin等以γ－Al2O3和AlN為原料，在1950～2100℃范圍內采用反應燒結的方法，制備出第1塊半透明的AlON陶瓷。），以至于自電影誕生以后，人們就認為電影中的“透明鋁”就是AlON透明陶瓷。
電影《星際旅行4：搶救未來》劇照
當然，在實際中氮氧化鋁的出現肯定雖不像電影中那么“玄幻”，但也是非常有意思的。
AlON陶瓷性能及應用
AlON同時具有優良的光學、力學及熱物理性能，目前被廣泛應用于透紅外材料。AlON和單晶藍寶石及多晶尖晶石被公認為可適用于3Ma以上導彈紅外窗口的三種理想候選材料。相比較而言，單晶藍寶石的光學、力學及熱物理性能等綜合性能最好，但成本最高。
透明多晶尖晶石也具有優異的光學性能且成本也較低，但力學性能不理想；而AlON與其它兩種主要的耐高溫透紅外材料相比性能/價格比是最高的，因而它是高馬赫數導彈的優選材料，此外，AlON透明陶瓷的最大潛在應用領域是透明裝甲，其可以用作裝甲車、直升飛機的防彈窗口。相比于傳統的防彈玻璃，其具有輕薄且更堅固的優點，不僅可明顯降低裝甲整體的質量和厚度，還可提升其防彈性能。美國已將該材料列為21世紀國防重點發展材料。
另外，在民用方面，AlON透明陶瓷目前主要應用于制備POS機的窗口材料，也可用于精密儀器儀表的殼體、高檔手表、棱鏡、各種防護目鏡片、高溫高壓設備的觀察窗口以及擋風玻璃等。
AlON粉末制備方法
1、固相反應法
固相反應法一般是直接將氧化鋁和氮化鋁粉體按一定比例混合，然后在高溫及氮氣氣氛保護下燒結制成，固相反應法合成AlON粉末的影響因素包括反應溫度和保溫時間。這種方法雖然簡單，但要求所用氮化鋁粉體原料必須超細、高純，明顯增加了生產成本。
2、氧化鋁還原氮化法
該方法制備AlON粉末的基本原料為氧化鋁粉，還原劑通常采用氫氣、碳、氨氣和鋁粉，主要包括碳熱還原氮化法和鋁熱還原氮化法。其中，碳熱還原氮化法最為常用，該法將原料氧化鋁粉和還原劑碳粉按一定比例混合，在流動N2氣氛保護下加熱到一定的溫度，來制備所需γ-AlON產物。這種方法的原料價格低，制得的粉體粒度均勻、顆粒細小，純度高，適合于工業化生產。但原料氧化鋁和碳的混合比例不易控制，碳含量過高時殘留的碳會與γ-AlON發生還原反應；而碳含量不足時則無法得到高純的γ-AlON相，從而大大增加了透明陶瓷燒結的難度。
3、自蔓延法
自蔓延高溫合成又稱為燃燒合成，其原理是基于不同反應物之間具有高的化學反應熱特點，利用其自加熱和自傳導作用來反應合成材料。自蔓延法制備氧氮化鋁是利用空氣中的氮氣快速氮化還原氧化鋁的方法。它的優點是速度快、成本低，但AlON能否合成受空氣濃度的影響較大，反應有時進行不完全，雜質含量較高。此外，該方法的工藝參數不易控制、重復性較差。
AlON陶瓷的制備
AlON陶瓷的制備方法有很多，主要分為一步法和兩步法。一步法是指以Al2O3和AlN等粉末為原料，直接反應燒結成AlON陶瓷。
一步法的優點是：由于不需要經過AlON原料粉體制備和處理的過程，所以制備工藝較為簡單。
缺點是：此法中的固相反應在制備過程中難以控制，Al2O3和AlN的局部成分不均勻會導致AlON晶粒在成型過程中形貌不均以及阻礙燒結體致密化等現象，從而使得AlON陶瓷的致密度低，光學性能差。
而兩步法是指以Al2O3和AlN等粉末為原料，先合成出AlON粉末，再將其燒結成AlON陶瓷。
兩步法的優點是：首先，采用合成的高純AlON粉體與直接用Al2O3和AlN混合的粉體燒結相比，可以有效降低燒結溫度和減少燒結時間，并有利于形成均勻的AlON晶粒，提高陶瓷的透過率；其次，還利于燒結助劑的均勻有效加入，降低燒結溫度和減少燒結時間，進一步提高陶瓷的密度和光學性能。其缺點是工藝復雜，提高了AlON陶瓷的制備成本。
目前，制備AlON陶瓷的方法主要包括無壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結、放電等離子燒結和微波燒結等。
國內發展方向
國內研究水平和市場開發與國外存在較大的差距，迫切需要在基礎理論、制備方法和工藝等方面加強研究，特別是需要加大對大尺寸、復雜形狀制品的研制，探索出成熟穩定的制備工藝，爭取早日掌握產業化自主技術并實現大規模生產。未來的發展將集中于以下方面：
（1）AlON粉體是制備AlON陶瓷的基礎。因此需要開發出制備超細、高純、高燒結活性單相AlON粉體的高效、實用新方法。
（2）探索多元燒結助劑體系，優化燒結過程，并采用先進的燒結技術，實現陶瓷完全致密，提高透過率。
（3）在注重研究單相AlON的同時，應加強研究第二相(如BN、SiC等)對AlON的作用及AlON復合相組織及性能的影響。這些研究將會給AlON陶瓷帶來新的應用前景。
參考來源：
[1]武琪等.耐高溫透明AlON陶瓷的研究進展與展望
[2]陳小明等.AlON陶瓷的研究現狀與發展趨勢
[3]陳鳳.AlON透明陶瓷的研究進展
（中國粉體網編輯整理/山川）
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