一文了解透明陶瓷材料

發布時間 | 2018-10-26 18:01 分類 | 粉體應用技術點擊量 | 9118

導讀：

透明陶瓷具有陶瓷固有的耐高溫、耐腐蝕、高絕緣、高強度等特性，又具有玻璃的光學性能，在照明技術、光學技術、特種儀器制造、無線電子學、信息探測、高溫技術以及軍事工業等領域應用前景廣闊。目前，透明陶瓷得到了廣泛研究，下面對幾種透明陶瓷及其應用作具體介紹。

一、光學窗口用透明陶瓷

紅外窗口材料廣泛應用于軍事，航天及工業等多個領域，可用于制造透明裝甲、導彈頭罩、高溫觀察窗口以及航空窗口等。光學窗口用透明陶瓷主要有：紅外透明Y₂O₃-MgO納米復相陶瓷、MgAl₂O₄透明陶瓷、MgO透明陶瓷、AlON透明陶瓷等。

圖1 光學窗口用透明陶瓷性能要求

1、紅外透明Y₂O₃-MgO納米復相陶瓷

Y₂O₃陶瓷具有紫外–可見–紅外的寬波段透過性能，高溫下適中力學性能以及抗熱震性，特別是Y₂O₃具備極低的高溫輻射系數，但傳統制備過程中高溫燒結會導致晶粒異常長大，影響其高溫力學性能以及抗熱震性，限制了Y₂O₃在高馬赫數導彈紅外窗口/整流罩上的應用。在MgO–Y₂O₃體系中，常壓且低于2110℃時為穩定的兩相混合物，因此在燒結過程中MgO- Y₂O₃納米復相陶瓷中Y₂O₃相和MgO相的晶界相連，充分利用兩相晶粒的釘扎效應來抑制晶粒的生長，減少了因兩相折射率不同而產生的散射，從而獲得出色的中波紅外透過率及透過范圍，此外，MgO–Y₂O₃納米復相陶瓷擁有極低的高溫輻射系數、高溫下優良的機械性能、適中的熱學性能以及僅次于藍寶石的抗熱震性。

圖2 Y₂O₃-MgO納米復相陶瓷的二次電子掃描電鏡圖

（圖片來源：上海硅酸鹽研究所）

目前，上海硅酸鹽研究所采用葡萄糖溶膠凝膠燃燒法制備的粉體進行熱壓燒結，當燒結溫度為1350oC時制備出的樣品的平均晶粒尺寸為130 nm，中紅外透過率達到83.5%，接近理論透過率。

2、AlON透明陶瓷

AlON透明陶瓷在紫外、可見光及至中紅外波段均具有優異的光學透過率，其彎曲強度在380~700MPa之間，維氏硬度為19.5 GPa。和其它透明陶瓷（如MgAl₂O₄、MgF₂ 以及Y₂O₃等）的相比，AlON 透明陶瓷的機械性能更加出色，并且可與藍寶石單晶相媲美。更重要的是，可以采用傳統的陶瓷制備方法來獲得大尺寸、復雜形狀的AlON 透明陶瓷，工藝簡單，成本低廉。除此之外，它還具有良好的耐高溫性、抗熱震性和出色的抗雨水/砂礫沖刷性能。

圖3 AlON透明陶瓷

3、MgO透明陶瓷

MgO 透明陶瓷是光學各向同性體，具有很好的透紅外性，因此可用于制作高溫爐窗口、紅外探測器罩，同時，也可利用它所具有的高耐堿性來制作坩鍋與反應容器等。由于MgO 具有較好的直線透光率、較小的理論密度、高的導熱性和良好的耐堿金屬蒸汽化學穩定性，故被視為具有發展前景的材料。

圖4 MgO陶瓷熱腐蝕表面SEM圖（圖片來源：上海硅酸鹽研究所）

4、MgAl₂O₄透明陶瓷

MgAl₂O₄具有光學各向同性的特性，使這種材料可以具有高透明度。MgAl2O4透明陶瓷具有高熔點（2135℃）、較好的化學穩定性、優異的機械性能和光學性能、良好的熱沖擊性能、高抗雨蝕能力、可透過0.2～6 μm寬波段的光、作為紅外整流罩材料具有多波段、寬范圍透過等特性。目前，美國又開展了MgAl₂O₄透明陶瓷軍事用途的研究，用于做坦克窗口、士兵的防護面罩等。