.png)
.png)
Послать статью по эл. почте 
Методы получения прозрачной поликристаллической керамики из оксида алюминия (Обзорная статья)
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-4-20-26
Аннотация
Проведен анализ основных методов получения прозрачной поликристаллической керамики из Al2O3: горячего прессования, горячего изостатического прессования и искрового плазменного спекания (SPS). В качестве исходного материала для получения прозрачного поликристаллического Al2O3 используется порошок α-Al2O3 высокой чистоты с нано- или субмикронным размером частиц и узким распределением по размерам. Наилучшие оптические и механические результаты могут быть получены методом многоступенчатого спекания с завершающей стадией горячего изостатического прессования. Кроме того, качество Al2O3-керамики улучшают спекающие добавки MgO, Y2O3, La2O3, ZrO2.
Об авторах
И. Б. ОпаринаРоссия
Кандидат технических наук
Москва
А. Г. Колмаков
Россия
Член-корреспондент РАН
Москва
Список литературы
1. Опарина, И. Б. Получение оптически прозрачной ударостойкой керамики методами порошковой металлургии / И. Б. Опарина, А. Г. Колмаков, М. А. Севостьянов, А. С. Лысенков // Материаловедение. ― 2018. ― № 9. ― С. 30‒40.
2. Pat. 3026210 US. Transparent alumina and method of preparation / Coble R. L. ― 20.03.1962.
3. Krell, A. Transmission physics and consequences for materials selection, manufacturing, and applications / A. Krell, T. Hutzler, J. Klimke // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2009. ― Vol. 29. ― Р. 207‒221.
4. Krell, A. Transparent sintered corundum with high hardness and strength / A. Krell, P. Blank, H. W. Ma [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. ― 2003. ― Vol. 86, № 1. ― P. 12‒18.
5. Suárez, M. Sintering to transparency of polycrystalline ceramic materials, sintering of ceramics ― new emerging techniques / M. Suárez, A. Fernández, R. Torrecillas, J. Menéndez ; ed. by Dr. Arunachalam Lakshmanan // InTech. ― 2012. ― P. 527‒552. Available from: http://www.intechopen.com/books/sintering-of-ceramics-new-emerging-techniques/sintering-to-transparencyof-polycrystalline-ceramic-materials. DOI: 10.5772/35309.
6. Tokariev, O. Micro- and macro-mechanical testing of transparent MgAl2O4 spinel / O. Tokariev // Schriften des Forschungszentrums Julich Reihe Energie & Umwelt. Energy & Environment, Band V. ― 2013. ― Vol. 215. ― Р. 99.
7. Nagaoka, T. Hot corrosion of Al2O3 and SiC ceramics by KCl–NaCl molten salt / T. Nagaoka, K. Kita, N. Kondo // Journal of the Ceramic Society of Japan. ― 2015. ― Vol. 123, № 8. ― P.685-689.
8. Krell, A. Advanced spinel and sub-μm Al2O3 for transparent armour applications / A. Krell, J. Klimke, T. Hutzler // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2009. ― Vol. 29. ― Р. 275‒281.
9. Trunec, M. Polycrystalline alumina ceramics doped with nanoparticles for increased transparency / M. Trunec, К. Maca, R. Chmelik // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2015. ― Vol. 35. ― Р. 1001‒1009.
10. Wei, G. C. Sintering of translucent alumina in a nitrogene hydrogen gas atmosphere / G. C. Wei, W. H. Rhodes // J. Am. Ceram. Soc. ― 2000. ― Vol. 83, № 7. ― Р. 1641‒1648.
11. Mao, X. J. Transparent polycrystalline alumina ceramics with orientated optical axes / X. J. Mao, S. W. Wang, S. Shimai, J. K. Guo // J. Am. Ceram. Soc. ― 2008. ― Vol. 91, № 10. ― Р. 3431‒3433.
12. Качаев, А. А. Оптически прозрачная керамика (обзор) / А. А. Качаев, Д. В. Гращенков, Ю. Е. Лебедева [и др.] // Стекло и керамика. ― 2016. ― № 4. ― С. 3‒10.
13. Meng, F. C. Rapid densification of nano-grained alumina by high temperature and pressure with a very high heating rate / F. C. Meng, Z. Y. Fu, J. Y. Zhang [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. ― 2007. ― Vol. 90, № 4. ― Р. 1262‒1264.
14. Apetz, R. Transparent alumina: a light-scattering model / R. Apetz, M. P. B. van Bruggen // J. Am. Ceram. Soc. ― 2003. ― Vol. 86, № 3. ― Р. 480‒486.
15. Kim, B. N. Spark plasma sintering of transparent alumina / B. N. Kim, K. Hiraga, K. Morita, H. Yoshida // Scripta Mater. ― 2007. ― Vol. 57, № 7. ― P. 607‒610.
16. Kim, B. N. Effects of heating rate on microstructure and transparency of spark-plasma-sintered alumina / B. N. Kim, K. Hiraga, K. Morita, H. Yoshida // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2009. ― Vol. 29, № 2. ― Р. 323‒327.
17. Kim, B. N. Microstructure and optical properties of transparent alumina / B. N. Kim, K. Hiraga, K. Morita [et al.] // Acta Mater. ― 2009. ― Vol. 57, № 5. ― Р. 1319‒1326.
18. Krell, A. Effects of the homogeneity of particle coordination on solid-state sintering of transparent alumina / A. Krell, J. Klimke // J. Am. Ceram. Soc. ― 2006. ― Vol. 89, № 6. ― Р. 1985‒1992.
19. Jiang, D. Optically transparent polycrystalline Al2O3 produced by spark plasma sintering / D. Jiang, D. M. Hulbert, U. Anselmi-Tamburini [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. ― 2008. ― Vol. 91, № 1. ― Р. 151‒154.
20. Bernard-Granger, G. Influence of co-doping on the sintering path and on the optical properties of a submicronic alumina material / G. Bernard-Granger, C. Guizard, A. Addad // J. Am. Ceram. Soc. ― 2008. ― Vol. 91. ― P. 1703‒1706.
21. Petit, J. Sintering of alpha-alumina for highly transparent ceramic applications / J. Petit, P. Dethare, A. Sergent [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2011. ― Vol. 31, № 11. ― P. 1957‒1963.
22. Zhoua, C. Translucent Al2O3 ceramics produced by an aqueous tape casting method / C. Zhoua, B. Jianga, J. Fanb [et al.] // Ceram. Int. ― 2016. ― Vol. 42. ― Р. 1648‒1652.
23. Ashikaga, T. Effect of crystallographic orientation on transparency of alumina prepared using magnetic alignment and SPS / T. Ashikaga, B. Kim, H. Kiyono, T. S. Suzuki // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2018. ― Vol. 38, № 7. ― P. 2735‒2741.
24. Drdlikova, K. Luminescent Eu3+-doped transparent alumina ceramics with highhardness / K. Drdlikova, R. Klement, H. Hadraba [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2017. ― Vol. 37. ― Р. 4271–4277.
25. Li, J. G. Densification and grain growth of Al2O3 nanoceramics during pressureless sintering / J. G. Li, Y. P. Ye // J. Am. Ceram. Soc. ― 2006. ― Vol. 89, № 1. ― Р. 139-143.
26. Kim, D. S. Improvement of translucency in Al2O3 ceramics by two-step sintering technique / D. S. Kim, J. H. Lee, R. J. Sung [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2007. ― Vol. 27, № 13‒15. ― Р. 3629‒3632.
27. Hayashi, K. Transmission optical properties of polycrystalline alumina with submicron grains / K. Hayashi, O. Kobayashi, S. Toyoda, K. Morinaga // Materials Transactions JIM. ― 1991. ― Vol. 32, № 11. ― P. 1024‒1029.
28. Nagashima, M. Fabrication and optical characterization of high-density Al2O3 doped with slight MnO dopant / M. Nagashima, K. Motoike, M. Hayakawa // Journal of the Ceramic Society of Japan. ― 2008. ― Vol. 116, № 5. ― Р. 645‒648.
29. Godlinski, D. Transparent alumina with submicrometer grains by float packing and sintering / D. Godlinski, M. Kuntz, G. Grathwohl // J. Am. Ceram. Soc. ― 2002. ― Vol. 85, № 10. ― Р. 2449‒2456.
30. Liu, W. Fabrication of injection moulded translucent alumina ceramics via pressureless sintering / W. Liu, T. Z. Bo, Z. P. Xie [et al.] // Advances in Applied Ceramics. ― 2011. ― Vol. 110, № 4. ― Р. 251‒254.
31. Liu, W. Injection molding of surface modified powders with high solid loadings: a case for fabrication of translucent alumina ceramics / W. Liu, Z. P. Xie, T. Z. Bo, X. F. Yang // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2011. ― Vol. 31, № 9. ― Р. 1611‒1617.
32. Liu, W. Novel preparation of translucent alumina ceramics induced by doping additives via chemical precipitation method / W. Liu, Z. P. Xie, G. W. Liu, X. F. Yang // J. Am. Ceram. Soc. ― 2011. ― Vol. 94, № 10. ― Р. 3211‒3215.
33. Liu, G. W. Fabrication of translucent alumina ceramics from pre-sintered bodies infiltrated with sintering additive precursor solutions / G. W. Liu, Z. P. Xie, W. Liu [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2012. ― Vol. 32, № 4. ― Р. 711‒715.
34. Hotta, Y. Effect of oligosaccharide alcohol addition to alumina slurry and translucent alumina produced by slip casting / Y. Hotta, T. Tsugoshi, T. Nagaoka [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. ― 2003. ― Vol. 86, № 5. ― P. 755‒760.
35. Drdlikova, K. Optical and mechanical properties of mn-doped transparent alumina and their comparison with selected rare earth and transient metal doped aluminas / K. Drdlikova, D. Drdlik, H. Hadraba [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2020. ― Vol. 40, № 14. ― P. 4894‒4900.
36. Kim, B. N. Spark plasma sintering of transparent alumina / B. N. Kim, K. Hiraga, K. Morita, H. Yoshida // Scripta Mater. ― 2007. ― Vol. 57. ― Р. 607‒610.
37. Kim, B. N. Light scattering in MgO-doped alumina fabricated by spark plasma sintering / B. N. Kim, K. Hiraga, K. Morita [et al.] // Acta Mater. ― 2010. ― Vol. 58. ― P. 4527‒4535.
38. Grasso, S. Highly transparent pure alumina fabricated by high‐pressure spark plasma sintering / S. Grasso, B. N. Kim, C. Hu [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. ― 2010. ― Vol. 93, № 9. ― Р. 2460‒2462.
39. Trunec, M. Transparent alumina ceramics densified by a combinational approach of spark plasma sintering and hot isostatic pressing / M. Trunec, J. Klimke, Z. J. Shen // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2016. ― Vol. 36. ― Р. 4333–4337.
40. Kim, B.-N. High-pressure spark plasma sintering of MgO-doped transparent alumina / B.-N. Kim, K. Hiraga, S. Grasso [et al.]. // Journal of the Ceramic Society of Japan. ― 2012. ― Vol. 120, № 3. ― Р. 116‒118.
41. Alvarez-Clemares, I. Transparent alumina/ceria nanocomposites by spark plasma sintering / I. Alvarez-Clemares, G. Mata-Osoro, A. Fernandez [et al.] // Advanced Engineering Materials. ― 2010. ― Vol. 12, № 11. ― Р. 1154‒1160.
42. Roussel, N. Effects of the nature of the doping salt and of the thermal pre-treatment and sintering temperature on spark plasma sintering of transparent alumina / N. Roussel, L. Lallemant, B. Durand [et al.] // Ceram. Int. ― 2011. ― Vol. 37, № 8. ― Р. 3565‒3573.
43. Grasso, S. Effects of pressure application method on transparency of spark plasma sintered alumina / S. Grasso, C. F. Hu, G. Maizza [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. ― 2011. ― Vol. 94, № 5. ― Р. 1405‒1409.
44. Ghanizadeh, S. Improved transparency and hardness in α-alumina ceramics fabricated by high-pressure SPS of nanopowders / S. Ghanizadeh, S. Grasso, P. Ramanujam [et al.] // Ceram. Int. ― 2017. ― Vol. 43. ― Р.275–281.
45. Stuer, M. Transparent polycrystalline alumina using spark plasma sintering: effect of Mg, Y and La doping / M. Stuer, Z. Zhao, U. Aschauer, P. Bowen // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2010. ― Vol. 30, № 6. ― Р. 1335‒1343.
46. Brosnan, K. H. Microwave sintering of alumina at 2,45 GHz / K. H. Brosnan, G. L. Messing, D. K. Agrawal // J. Am. Ceram. Soc. ― 2003. ― Vol. 86, № 8. ― Р. 1307‒1312.
Дополнительные файлы
Для цитирования: Опарина И.Б., Колмаков А.Г. Методы получения прозрачной поликристаллической керамики из оксида алюминия (Обзорная статья). Новые огнеупоры. 2021;(4):20-26. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-4-20-26
For citation: Oparina I.B., Kolmakov A.G. Methods for obtaining transparent polycrystalline ceramics from aluminum oxide (review article). NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2021;(4):20-26. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-4-20-26
Обратные ссылки
- Обратные ссылки не определены.