引言：科学家们没有找到让金属铝通明的法子
，但是却开发出了一种能达到类似强度的通明铝基资料。这货就叫氮氧化铝（AlON）
，其硬度是石英玻璃的4倍
，是蓝宝石的85%；厚度约4cm的AlON足以反对点50口径的子弹
，这是传统的夹层防弹玻璃做不到的。除拥有很强的硬度表
，它还占有优良的弹性
，这些个性使氮氧化铝在国防、航天等领域拥有很辽阔的利用远景。

图1 猎豹M6狙击步枪
，杀伤力非凡 口径为.50BMG（12.7X107毫米） 

备注：使用钢芯穿甲弹可在1000米内对付装甲厚度在20毫米以内的轻型装甲指标
，使用爆炸点火弹可对1500米距离的雷达
，飞机等指标较大的高价值指标进行粉碎。选取氮氧化铝防弹陶瓷代替防弹玻璃能够在更幼厚度及更低落量时辰
，靠得住地招架狙击枪或粉碎物体对军事或其他沉要设备的粉碎行为。   下文将对AION陶瓷的根基机能、造备工艺进展和利用等方面做一个单一的论述。  

一、氮氧化铝陶瓷的机能 

1、氮氧化铝的根基个性 氮氧化铝(γ-AlON
，简称AION)是一种通明多晶陶瓷
，它是一种全新的多晶红表资料
，在可见光至中红表拥有高的光学透过机能。它最大的利益是拥有光学各向同性
，且在中红表波段拥有优良的透光率(在波长0.2～6.0μm领域内透光率80％以上)
，同时氮氧化铝也拥有优良的物理、机械和化学性质。因而通明AION陶瓷是导弹整流罩、红表窗口资料和防弹装甲资料的优选资料。 

图2 抛光的AlON板 

2、三种常用中红表资料的机能对比 氮氧化铝（AlON）、蓝宝石(sapphire)和尖晶石(MgAl204)三种常用的中红表资料的机能对好比表1所示。

表1常用的中红表资料机能对比

资料 AlON 蓝宝石 尖晶石 密度 (g/cm3) 3.7 3.98 3.59 弯曲强度 300 400 184 硬度 (GPa) 185 220 152 光学透过率 （3-5μm） 85% 85% 85% 介电常数 9.3 9.4 9.2 介电损耗 0.0022 0.0005 0.0027

3、氮化铝资料的优势地点 AlON通明陶瓷的光学机能与蓝宝石、尖晶石相当
，抗弯强度靠近蓝宝石
，显著高于尖晶石。由蓝宝石单晶造备的窗口资料的加工成本极度高
，且难以获得大尺寸的产品
，而AlON陶瓷则能够通过先进陶瓷造备步骤实现大尺寸及复杂状态的产品的造备。 

图3 大尺寸的氮氧化铝通明陶瓷

二、AION陶瓷的造备工艺进展 AION陶瓷造备步骤能够分为一步法和两步法两种。一步法通常是将原料粉末混合后经成型、烧结得到AION陶瓷。而两步法造备高透光率AION陶瓷需经粉体合成和陶瓷造备两步。首先造备高纯、单相的AION粉末
，而后通过成型和烧结得到AION陶瓷。 两步法造备通明AION陶瓷
，造备工艺相对复杂
，成本相对较高
，但最大的利益是造备的陶瓷致密度较高
，是目前通明AION陶瓷钻研和利用的重要造备步骤。 1、AION陶瓷粉体合成步骤 目前
，γ-AlON粉末及AlON陶瓷的合成步骤重要有高温固相反映、氧化铝还原氮化、高温自舒展、化学气相沉积、溶胶-凝胶等步骤
，钻研最多的是高温固相反映法、碳热还原氮化法和直接氮化法, 其涉及的反映式和合成温度列于表2。 

这些步骤中高温固相反映、氧化铝还原氮化两种步骤较为常用
，下文将对这两种步骤做单一论述。

   a、高温固相反映法

将肯定配比的AlN、Al2O3粉混合
，在高于1923.15K温度及氮气空气；は拢Ｎ乱话垂Ψ蛟毂窤ION粉末或陶瓷
，其产生的反映如下式所示：

Al2O3(s)+AlN→AlON(s)

有学者钻研了Al2O3-AlN系统反映参数对合成γ-AlON的影响
，了局批注
，超过1923.15K
，γ-AlON相大量出现
，在大于2073.15K时
，齐全转造成γ-AlON。反映过程中先形成富氧的AION。随着温度升高
，富氧的AION与AlN反映。形成富氮的AION。 

b、氧化铝还原氮化法

氧化铝还原氮化造备γ-AlON粉末及AION陶瓷的还原剂通常有C、Al、NH3和H2
，而Al203碳热还原氮化法造备AION粉末是一种最常用步骤
，其化学反映如下式所示： 

Al203(s)+c(s)+N2→AlON(s)+CO

两种工艺对比：高温固相反映法的最大利益是原料容易获得
，工艺单一易行．适于规模出产。氧化铝还原氮化法造备AION陶瓷的原料成本低
，适合工业化出产
，造备工艺较复杂
，但造备的陶瓷透光率较好。 

2、Al0N陶瓷的烧结工艺进展

AION陶瓷重要有无压烧结法、热压法以及最新出现的放电等离子烧结法、微波烧结法等。 

a、无压烧结

无压烧结是造备通明陶瓷的传统步骤．能够低成本大量出产各类尺寸和状态的产品。是目前AION陶瓷钻研最多的造备步骤。 

举例：上海硅酸盐钻研所的JIN等人以氧化铝和尿素甲醛树脂为原料。选取碳热还原工艺和无压烧结
，造备了均匀透光率大于80％(1mm)的AION陶瓷。 

WANGl钻研了Y203、La203共掺对无压烧结造备AION通明陶瓷的影响
，造备了透光率80.3％的AION通明陶瓷。

上海玻璃钢钻研院有限公司与上海大学发展合作钻研。通过碳热还原法合成AION粉体
，经1875℃x24h前提下无压烧结造备了在1000～5000nm波长领域内的直线透过率在80％左右。在3.93μm波利益光学透过率最高可达83.7％的AION陶瓷。

b、热压烧结 热压烧结是指在烧结过程中施加肯定的压力。使资料致密化的烧结工艺
，适合造备单一状态的产品。 

举例：田庭燕等人以碳热还原法造得的氮氧化铝粉体为原料。选取热压烧结法在1850～1950℃和15-25MPa前提下造备了3mm厚AION通明陶瓷样品的红表透过率达81.3％。 

c、微波烧结 微波烧结是一种较新的资料烧结工艺步骤．能够实现资料整体加热来实现陶瓷的烧结。

举例：Cheng等人以高纯Al2O3和AlN粉为原料
，利用微波烧结在1800℃下保温60min烧结得到了99.4％理论密度的AION通明陶瓷。其最高透光率达到60％(0.6mm厚)。 

d、放电等离子烧结 放电等离子烧结步骤选取脉冲电流加热
，能够实现急剧升和善陶瓷短功夫烧结。

举例：Sahin等人报路了以Al2O3和AlN的混合粉为先驱体粉
，通过在1650℃和40MPa下SPS烧结30min合成了AION陶瓷。

武汉理工大学岛稳纭选取Al2O3和AlN按肯定比例球磨混合
，在1700℃下保温一按功夫。造备了最高透过为75.2％的通明AION陶瓷样品。 

各类烧结工艺对比

热压烧结造备的陶瓷可获得较高透光性
，但是由于工艺特点的限度难以造备复杂状态的样品
，而微波烧结和等离子体急剧烧结难以造备高透光性的AION陶瓷。无压烧结可实现复杂状态和高透光性陶瓷的造备
，是实现AION通明陶瓷利用的沉要造备步骤。 

二、AlON通明陶瓷的利用

氮氧化铝(AlON)通明陶瓷拥有强度高、硬度大、耐侵蚀、热震性好蹬着点
，同时透波领域大、直线透过率大
，因而在国防军事领域和贸易领域中巨大的利用远景。氮氧化铝被美国军方评为“21世纪最沉要的国防资料之一”
，AION通明陶瓷资料开发钻研已成为通明陶瓷资料钻研开发的热点之一。

   氮氧化铝通明陶瓷资料因造价昂贵
，目前多用于军事用处及一些高端贸易领域中。下文为氮氧化铝通明陶瓷的一些利用领域介绍。 

1、红表窗口

AlON通明陶瓷阐发出优异的光学机能和机械机能
，综合机能凸起(见表1)
，其在紫表、可见光、和近红表波段拥有优良直线透过率(超过80%)
，此表还拥有优良的光学和机械机能各向同性
，为目前造备工艺成熟并被宽泛利用的红表通明资料。 

图4 通明陶瓷可用于红表导引头最前面的通明罩子
，激光近炸引信的窗口

图5 红表成像导弹头及导弹引头氮氧化铝通明罩子

2、通明装甲

AlON通明陶瓷最大潜在利用市场是通明装甲。AlON通明陶瓷能够用作装甲车、直升飞机的防弹窗口。

   AlON通明装甲比传统的防弹玻璃薄、轻且更牢固
，不仅能够显著降低装甲整体的沉量和装甲厚度
，还能够提高防弹个性；另表AlON通明陶瓷拥有杰出的耐磨性、抗划伤性
，风沙、刮蹭等都不会影响它的通明度
，与传统防弹玻璃相比拥有显著优势。 

图6氮氧化铝通明陶瓷可用作装甲车窗口资料

3、发光介质

 AlON陶瓷由于占有宽的能带间隙、低的光子能量以及高温不变性
，适合用作发光资料基质。上转换发光资料在很多领域得到利用
，如全固态紧凑型激光器件、上转换荧光粉、三维立体显示、光纤通讯技术、光信息存储和显示方面等。

   举例：张芳等人发现AlON：Eu2+在350nm~410nm波段间有高吸收率和高量子效能
，这和InGaN的发光很吻合。一些钻研也已经别离在AlON:Er3+、AlON:Yb3+、AlON:Tm3+等系统中发现了红、绿、蓝荧光粉。

4、防弹轿车 防弹车的沉量远超通常汽车
，但对于操控矫捷性的要求
，越来越多具备防弹性同时沉量又轻的资料被利用到防弹汽车的防护装甲中来。氮氧化铝能够以更薄厚度及更幼沉量来达到车辆防弹的要求。 

图9搭载氮氧化铝能够使车身轻量化得以发展 厚度1.6英尺的氮氧化铝的防弹能力能够优于厚度3.7英寸的防弹玻璃

5、电子设备新型材

电子设备作为一种消费品
，其取材需得更新换代能力吸引吃瓜人民确把稳
，单单军工专用的氮氧化铝资料就是一大噱头。摒弃其噱头不说
，氮氧化铝通明陶瓷优异机械机能及光学机能
，也很适合用作智能电子设备的配件。例如
，智能腕表的表盘
，手机触摸屏等。若是智能穿戴设备搭载上了能够防爆的的氮氧化铝
，路边的“专业换屏三十年”的师傅是不是要失业了呢。 

图11 未来智能设备再也不不安爆屏

6、其他用处

AlON综合机能优异
，还被宽泛用在好多其他领域。由于AlON占有高硬度和耐久度的利益
，它适合在超市和其他零售商店的POS扫描器中使用。 

图11 POS扫描器

由于拥有凸起的抗化学侵蚀个性
，AlON还能够用于半导体出产设备
，器件蕴含等离子体输送管、晶片载体、工艺表壳等。AlON不仅是蓝宝石的低成本代替品
，也是抗侵蚀石英的代替品
，固然AlON的购置成本可能比石英高
，但由于它在侵蚀环境拥有更长的使用年限
，因而均匀成本相对更低。