一文了解透明陶瓷材料

发布时间 | 2018-10-26 18:01 分类 | 粉体应用技术点击量 | 8986

导读：

透明陶瓷具有陶瓷固有的耐高温、耐腐蚀、高绝缘、高强度等特性，又具有玻璃的光学性能，在照明技术、光学技术、特种仪器制造、无线电子学、信息探测、高温技术以及军事工业等领域应用前景广阔。目前，透明陶瓷得到了广泛研究，下面对几种透明陶瓷及其应用作具体介绍。

一、光学窗口用透明陶瓷

红外窗口材料广泛应用于军事，航天及工业等多个领域，可用于制造透明装甲、导弹头罩、高温观察窗口以及航空窗口等。光学窗口用透明陶瓷主要有：红外透明Y₂O₃-MgO纳米复相陶瓷、MgAl₂O₄透明陶瓷、MgO透明陶瓷、AlON透明陶瓷等。

图1 光学窗口用透明陶瓷性能要求

1、红外透明Y₂O₃-MgO纳米复相陶瓷

Y₂O₃陶瓷具有紫外–可见–红外的宽波段透过性能，高温下适中力学性能以及抗热震性，特别是Y₂O₃具备极低的高温辐射系数，但传统制备过程中高温烧结会导致晶粒异常长大，影响其高温力学性能以及抗热震性，限制了Y₂O₃在高马赫数导弹红外窗口/整流罩上的应用。在MgO–Y₂O₃体系中，常压且低于2110℃时为稳定的两相混合物，因此在烧结过程中MgO- Y₂O₃纳米复相陶瓷中Y₂O₃相和MgO相的晶界相连，充分利用两相晶粒的钉扎效应来抑制晶粒的生长，减少了因两相折射率不同而产生的散射，从而获得出色的中波红外透过率及透过范围，此外，MgO–Y₂O₃纳米复相陶瓷拥有极低的高温辐射系数、高温下优良的机械性能、适中的热学性能以及仅次于蓝宝石的抗热震性。

图2 Y₂O₃-MgO纳米复相陶瓷的二次电子扫描电镜图

（图片来源：上海硅酸盐研究所）

目前，上海硅酸盐研究所采用葡萄糖溶胶凝胶燃烧法制备的粉体进行热压烧结，当烧结温度为1350oC时制备出的样品的平均晶粒尺寸为130 nm，中红外透过率达到83.5%，接近理论透过率。

2、AlON透明陶瓷

AlON透明陶瓷在紫外、可见光及至中红外波段均具有优异的光学透过率，其弯曲强度在380~700MPa之间，维氏硬度为19.5 GPa。和其它透明陶瓷（如MgAl₂O₄、MgF₂ 以及Y₂O₃等）的相比，AlON 透明陶瓷的机械性能更加出色，并且可与蓝宝石单晶相媲美。更重要的是，可以采用传统的陶瓷制备方法来获得大尺寸、复杂形状的AlON 透明陶瓷，工艺简单，成本低廉。除此之外，它还具有良好的耐高温性、抗热震性和出色的抗雨水/砂砾冲刷性能。

图3 AlON透明陶瓷

3、MgO透明陶瓷

MgO 透明陶瓷是光学各向同性体，具有很好的透红外性，因此可用于制作高温炉窗口、红外探测器罩，同时，也可利用它所具有的高耐碱性来制作坩锅与反应容器等。由于MgO 具有较好的直线透光率、较小的理论密度、高的导热性和良好的耐碱金属蒸汽化学稳定性，故被视为具有发展前景的材料。

图4 MgO陶瓷热腐蚀表面SEM图（图片来源：上海硅酸盐研究所）

4、MgAl₂O₄透明陶瓷

MgAl₂O₄具有光学各向同性的特性，使这种材料可以具有高透明度。MgAl2O4透明陶瓷具有高熔点（2135℃）、较好的化学稳定性、优异的机械性能和光学性能、良好的热冲击性能、高抗雨蚀能力、可透过0.2～6 µm宽波段的光、作为红外整流罩材料具有多波段、宽范围透过等特性。目前，美国又开展了MgAl₂O₄透明陶瓷军事用途的研究，用于做坦克窗口、士兵的防护面罩等。