氧化镁（MgO）是一种白色精细陶瓷粉末，除了可以自身烧结制成MgO陶瓷，还可以与其他化合物合成、复合或者作为添加剂，制成高性能陶瓷或晶体。MgO的典型应用场景如下：

一、作为主要成分的典型应用

1.MgO透明陶瓷

MgO透明陶瓷（规格：CGC-1）具有低密度、耐高温、高绝缘、优异的力学性能、较高的红外透过率、良好的化学稳定性和较低的发射率等优点，是一种高性能红外窗口和传感器保护材料等^[1]。

2.MgAl₂O₄透明陶瓷

MgAl₂O₄透明陶瓷具有几乎覆盖紫外到红外区域（190nm＜λ＜6000nm）的优良光学透过率，还具有高硬度、高强度、耐高温、低辐射率、耐砂蚀雨蚀和抗冲击等优点，已在透明装甲、导弹窗口和整流罩等领域实现广泛应用^[2]。MgAl₂O₄由MgO（规格：GFS-1）和Al₂O₃按化学计量比1:1反应而成，MgO质量占比为28.2%。

3.Co²⁺掺杂MgAl₂O₄晶体

Co²⁺掺杂的镁铝尖晶石 (Co:MgAl₂O₄) 晶体是用于近红外区域工作的无源调Q固态激光器的有效材料，通过它的被动调Q作用产生的高峰值功率脉冲激光具有人眼伤害小、穿透能力强、传输损耗小和光电对抗能力强等特点，可广泛应用于空间光通信、战场快速测距以及无人设备的激光雷达等领域^[3]。Co²⁺掺杂MgAl₂O₄晶体中99.995%高纯MgO（规格：CGC-1）质量占比与MgAl₂O₄透明陶瓷相近。

4.MgO-Y₂O₃复相陶瓷

利用MgO（规格：GFS-1）和纳米Y₂O₃之间存在的“钉扎效应”来相互抑制晶粒生长，可制备出力学性能高于单相，光学透过率不逊于单相的MgO-Y₂O₃复相陶瓷，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^[4]。在MgO-Y₂O₃复相陶瓷中MgO与Y₂O₃的体积比通常为1:1，换算成质量MgO大约占比为41.7%。

5.MgO系微波介质陶瓷

随着移动通信，卫星通信技术的更新迭代，人们对于通信时频段的要求越来越高，使得低介高Q陶瓷成为研究热点。一方面，MgO陶瓷本身具有优越的介电性能（ε_r=9.1, tanδ＜1.6×10^-6），是一种理想的5G通讯用微波介质基板材料^[5]。另一方面，MgO-TiO₂系（主要为MgTiO₃）微波介质陶瓷由于具有优异的介电性能，在谐振器和滤波器等电子元器件中有着重要的应用前景^[6]。MgTiO₃由MgO（规格：GFS-2）和TiO₂按化学计量比1:1反应而成，MgO质量占比为33.3%。

二、作为添加剂的典型应用

1.作为高性能陶瓷散热基板的烧结助剂

随着高铁、航空航天及军工领域的大功率电子器件朝着高温、高频和高集成度等方向发展，高效散热成为迫切需求。大功率器件通过陶瓷覆铜板实现与外界的热交换。目前主流的陶瓷基板有Si₃N₄、AlN和Al₂O₃三种，都需要采用MgO（规格：GFS-1）作为烧结助剂。尤其是对于综合性能极佳的Si₃N₄陶瓷，为避免Al₂O₃作为助剂产生的晶格缺陷增加声子散射，MgO（规格：GFS-1）成为制备高导热Si₃N₄陶瓷的首选烧结助剂，其使用量约为3%。

图1 以MgO-Y₂O₃和Al₂O₃-Y₂O₃为烧结助剂的氮化硅陶瓷热导率比较

2.作为Al₂O₃、YAG和AlON等透明陶瓷的烧结助剂 

Al₂O₃、YAG和AlON等透明陶瓷，都具有力学性能好、化学性质稳定和优异的光学透过性，广泛用于照明、光学与医用仪器、装甲和红外探测等诸多领域。MgO（规格：GFS-1）作为助剂可以显著降低固相反应温度，拖拽晶界迁移速度，排出气孔，促进致密化；通过钉扎效应抑制晶界迁移，避免晶粒异常长大，优化力学性能。MgO在此类透明陶瓷中的添加量比较低（<1%），但其分散性却非常重要。

图2 Al₂O₃晶粒尺寸随MgO添加量的变化^[7]

图3 不添加与添加MgO的Al₂O₃陶瓷可见光透过情况^[8]

图4 YAG光学透过率随MgO添加量的变化^[9]

图5 AlON光学透过率与添加MgO（规格：GFS-1）等烧结助剂的关系^[10]

3.作为ZTA耐磨陶瓷的烧结助剂

Al₂O₃和ZrO₂都具有耐高温、耐磨损和较好的生物相容性等特性。以ZrO₂增韧Al₂O₃制备ZTA纳米复相陶瓷，可扬长避短，充分发挥其集成优势，在航空航天、发动机耐磨部件及人工股骨球头等方面具有重要应用。MgO（规格：GFS-1）在ZTA陶瓷中的致密化及晶粒细化机制与其在Al₂O₃中类似，其使用量约为2%。

图6 ZTA陶瓷断裂韧性和维氏硬度随MgO（规格：GFS-1）添加量的变化^[11]

4.作为LiNbO₃晶体添加剂

掺镁铌酸锂（MgO:LiNbO₃）晶体，在激光器中的 NCPM 倍频、混频和光参量振荡（OPO）的应用中有其独有的优势，被广泛地应用于光参量振荡、光参量放大（OPA）、准相位匹配及集成光波导中^[12]。使用99.995%高纯MgO（规格：CGC-1）的掺入可以调控LiNbO₃的居里温度，其掺杂量通常低于5mol%，换算成质量约低于1.4%。

高性能陶瓷的获得与其起始原料以及添加剂的性能紧密相关。厦门金钨新材料有限公司应用独特提纯工艺和造粒技术生产的高纯超细高分散氧化镁GFS-1，GFS-2具有以下优势：

（1）纯度高达99.95%和99.995%，钠含量极低；

（2）分散性好，易实现在各类陶瓷基体中的均匀分布；

（3）粒径小、尺寸分布均匀、烧结活性高；球形度佳，流动性好，易成型。

CGC-1,超高纯氧化镁  CGC-1,电镜图

图7 高分散性氧化镁GFS-1, GFS-2，CGC-1光学及显微形貌

GFS-1\GFS-2系列高分散性氧化镁一经推出便引起导热陶瓷、透明陶瓷、功能陶瓷领域市场热烈反响。已使用该产品的科研院所、高校及相关标杆企业一致认为：使用GFS-1\GFS-2系列高分散性氧化镁制备的各种产品无论是在产品性能还是稳定性方面均达到甚至超过预期。

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资料来源：

[1] 周佳芬等，Y2O3对烧结透明MgO陶瓷性能的影响。

[2] 段锦霞等，镁铝尖晶石透明陶瓷研究进展。

[3] 耿延秋等，1.5μm被动调Q可饱和吸收体用Co：MgAl2O4透明陶瓷的制备。

[4] 魏玉静，SPS制备MgO-Y2O3复相陶瓷及其性能研究。

[5] 谭震宇，5G通讯系统用LiF掺杂氧化镁陶瓷基板的制备与改性研究。

[6] 贾希彬，MgO-TiO2系微波介电陶瓷的结构与性能优化研究。

[7] 张笑，MgO对快速烧结制备氧化铝透明陶瓷光学性能的影响。

[8] 梁坚伟，MgO与Y2O3共掺杂对透明氧化铝陶瓷组织与性能的影响。

[9] I. Vorona etc., Effect of MgO doping on the structure and optical properties of YAG transparent ceramics.

[10] 袁贤阳等，反应烧结制备AlON透明陶瓷。

[11] Ali Arab etc., Effect of MgO addition on the mechanical and dynamic properties of Zirconia toughened Alumina (ZTA) ceramics.

[12] 谌贝，局域高掺铒铌酸锂晶体的制备及特性表征。

粉体圈