近日，中科院上硅所透明陶瓷研究中心李江研究員率領(lǐng)研究團(tuán)隊在氧化鋯透明陶瓷研究方向取得系列進(jìn)展。其中包括，以商業(yè)8YSZ（釔穩(wěn)定氧化鋯）粉體為原料，系統(tǒng)研究了預(yù)燒溫度對陶瓷內(nèi)部氣孔和晶粒尺寸的影響，結(jié)合熱等靜壓燒結(jié)制備出了兼具光學(xué)透過率和力學(xué)性能的氧化鋯透明陶瓷；李江團(tuán)隊與江蘇大學(xué)材料學(xué)院劉強(qiáng)教授合作開展了關(guān)于彩色氧化鋯透明陶瓷的研究工作，并取得了研究進(jìn)展。

上述成果分別發(fā)表于先進(jìn)陶瓷期刊（Journal of Advanced Ceramics），論文地址：doi:10.1007/s40145-022-0602-6；無機(jī)材料學(xué)報（Journal of InorganicMaterials），論文地址：DOI：10.15541/jim20220025。

（a）氧化鋯陶瓷預(yù)燒體和（b）氧化鋯透明陶瓷的SEM微觀形貌，氧化鋯透明陶瓷（厚度4.0mm）的（c）實物圖和（d）直線透過率曲線

李江團(tuán)隊以商用8YSZ粉末為原料，通過空氣預(yù)燒結(jié)和熱等靜壓(HIP)制備了具有高光學(xué)和機(jī)械性能的細(xì)晶粒8mol%氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ)透明陶瓷。具有細(xì)晶粒和適當(dāng)相對密度的預(yù)燒結(jié)陶瓷對于在較低溫度下進(jìn)行HIP后處理后實現(xiàn)高透明度和抑制晶粒尺寸起著關(guān)鍵作用。隨著HIP溫度從1350升高到1550℃，8YSZ陶瓷在600nm處的在線透射率從56.9%提高到71.5%（厚度2.5mm），平均晶粒尺寸從2.4提高到16.3μm。8YSZ透明陶瓷的相應(yīng)抗彎強(qiáng)度從328±20降低到289±19MPa，硬度（H）從12.9±0.1降低到12.5±0.2GPa，斷裂韌性（KIC）從1.30±0.02下降到1.26±0.03MPa·m1/2。進(jìn)行了系統(tǒng)研究，研究了8YSZ陶瓷中高光學(xué)透明度和優(yōu)異機(jī)械性能的結(jié)合。

同時，該團(tuán)隊以成本低、來源廣的ZrOC_l2·8H₂O和Y(NO₃)₃為原料，NH₃·H₂O為沉淀劑，采用共沉淀法合成了Y_0.16Zr_0.84O_1.92納米粉體，并通過空氣預(yù)燒結(jié)合熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)成功制備出了直線透過率達(dá)到65.3%@800nm的氧化鋯透明陶瓷。該研究團(tuán)隊接著調(diào)控共沉淀工藝中滴定終點的pH值來優(yōu)化納米粉體的分散性和燒結(jié)活性，并將氧化鋯透明陶瓷的光學(xué)透過率提升至67.8%@800nm。該團(tuán)隊又通過優(yōu)化預(yù)燒溫度來提高氧化鋯透明陶瓷的光學(xué)透過率。結(jié)果表明，1300℃空氣預(yù)燒結(jié)合熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)制備的氧化鋯透明陶瓷具有更好的光學(xué)質(zhì)量，其直線透過率達(dá)到72.4%@800nm

紅色氧化鋯透明陶瓷的實物圖和直線透過率曲線

將稀土氧化物或過渡金屬氧化物作為著色劑摻入陶瓷中，可以制備出顏色鮮艷、折射率高、理化性能穩(wěn)定、力學(xué)性能優(yōu)異和無毒等特性的彩色氧化鋯透明陶瓷，克服了彩色氧化鋯單晶極高的制備溫度下著色劑嚴(yán)重?fù)]發(fā)的難題。目前國內(nèi)外對氧化鋯透明陶瓷研究主要集中于無色或淡黃色上，因此對氧化鋯透明陶瓷顏色研究以及開發(fā)具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價值。該團(tuán)隊以商業(yè)8YSZ粉體和CeO₂粉體為原料，采用固相混合著色法結(jié)合兩步燒結(jié)技術(shù)制備了直線透過率為70.7%@700nm，紅色度a*為57.1的彩色氧化鋯透明陶瓷。該紅色氧化鋯透明陶瓷制備技術(shù)可有效避免著色劑的揮發(fā)。為提高紅色陶瓷的著色均勻性，研究團(tuán)隊采用共沉淀法合成了均勻摻雜的Ce:8YSZ納米粉體，并通過兩步燒結(jié)技術(shù)制備了直線透過率為47.6%@700nm，紅色度為52.0的氧化鋯透明陶瓷。該類紅色氧化鋯透明陶瓷的成功制備，可以拓寬氧化鋯陶瓷在濾光片、信號燈罩等領(lǐng)域的應(yīng)用。

參考來源：上硅所

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