大型氧化铝透明陶瓷管的开发

本文综述了近年来国外开发的大型氧化铝透明瓷管的工艺流程和性能，对其作为制造关键的街２区域烧结工艺也作了介绍，指出了全透过率高的透明瓷管对超大功率高压钠灯光效率的重要性。

MgF_(2)助剂对MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)透明陶瓷的制备与光学性能的影响

MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)透明陶瓷具有优异的光学性能,其制备依赖于高质量坯体的凝胶注模成型和长时间的无压预烧。本研究选择MgF_(2)为烧结助剂,并通过瞬时液相调节无压预烧的致密化过程。采用干压成型、无压预烧和热等静压烧结制备了不同尺寸的MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)透明陶瓷样品,并系统分析了MgF_(2)对材料显微结构、光学和机械性能的影响。研究表明:MgF_(2)在~1230℃熔化形成的液相促使陶瓷的致密度与晶粒尺寸增大,后续烧结过程中残留的MgF_(2)氧化为MgO并固溶进入MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)晶格。添加质量分数0.2%MgF_(2)的2.04 mm厚透明陶瓷样品在紫外和可见光区域具有76.5%~83.4%的直线透过率和较高的光学质量。此外,该陶瓷的特征抗弯强度为167.1 MPa,与细晶MgAl2O4透明陶瓷相近,但是前者的Weibull模数(8.81±0.29)更高。本研究为制备光学性能良好的大尺寸MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)透明陶瓷提供了新的选择。

反应烧结制备镁铝尖晶石透明陶瓷研究新进展

镁铝尖晶石透明陶瓷具有高透过率、高强度、高热导率、耐环境侵蚀和低介电常数等优点,在透明装甲、红外窗口、基片衬底等军民用领域具有广泛的应用前景。经过五十多年的研究,镁铝尖晶石透明陶瓷已经发展出成熟的制备工艺路线(粉体制备-陶瓷成型-烧结),但该路线严重依赖于高纯度、高活性的镁铝尖晶石商业粉体。本文简要介绍了镁铝尖晶石透明陶瓷的国内外研究现状,重点介绍了本文作者团队采用反应烧结法制备镁铝尖晶石透明陶瓷方面所做的工作。分析了原料晶型、组分、烧结工艺和烧结助剂等因素对材料微观结构演变和性能的影响规律,为材料性能优化提供理论指导。同时针对不同领域应用需求,首次报道了大尺寸平板和超半球等镁铝尖晶石透明陶瓷的研究进展,为推动材料制备工艺发展和应用提供参考。

Mg_(0.27)Al_(2.58)O_(3.73)N_(0.27)透明陶瓷的热压/热等静压烧结制备与性能

MgAlON透明陶瓷具有优良的光学与机械性能,在军用和民用领域均具有重要的应用潜力。本研究探索了MgAlON透明陶瓷的热压/热等静压工艺,使用BN材料解决热压烧结碳污染的问题,制备了光学性能优异的Mg_(0.27)Al_(2.58)O_(3.73)N_(0.27)透明陶瓷,并进一步表征了其直线透过率、维氏硬度、断裂韧性以及室温弯曲强度等性能。BN包裹样品有效隔离了高温烧结中的碳污染,Mg_(0.27)Al_(2.58)O_(3.73)N_(0.27)透明陶瓷在650 nm处的直线透过率从36.51%提高到73.74%。与无压烧结相比,热压结合热等静压烧结Mg_(0.27)Al_(2.58)O_(3.73)N_(0.27)透明陶瓷具有更加优异的力学性能,其弯曲强度为387.12 MPa,断裂韧性为(3.31±0.20)MPa·m^(1/2),硬度为(15.3±0.7)GPa。本研究可为MgAlON透明陶瓷的性能提升和工程化制备提供重要参考。

Dy_(2)Zr_(2)O_(7)磁光透明陶瓷的制备及法拉第效应

以自制的Dy_(2)O_(3)超细粉与市售的ZrO_(2)粉料为主要原料,经球磨混合后通过高温固相反应合成了平均粒径约为150 nm的Dy_(2)Zr_(2)O_(7)粉体,再经过冷等静压成型和真空烧结获得了Dy_(2)Zr_(2)O_(7)磁光透明陶瓷。研究表明,该陶瓷样品具有典型的缺陷萤石结构,在635 nm波长处的直线透过率约为68%,达到了理论透过率的88%。Dy_(2)Zr_(2)O_(7)透明陶瓷在635,780,1 064 nm处的费尔德(Verdet)常数分别为(-182±7),(-118±2),(-48±1) rad·T^(-1)·m^(-1),在1 064 nm近红外波段处约为商用铽镓石榴石单晶的1.24倍,在635 nm可见光波段处约为铽镓石榴石单晶的1.33倍。研究结果证明Dy_(2)Zr_(2)O_(7)透明陶瓷是一种有潜力的新型磁光材料。

SPS烧结(Mg,Zn)Al_(2)O_(4)透明陶瓷的微观结构及性能

尖晶石透明陶瓷是一种应用广泛的透明材料。通过放电等离子烧结技术制备了(Mg_(1-x)Zn_(x))Al_(2)O_(4)透明陶瓷,研究了Zn^(2+)含量对其微观结构、致密化、透光率及硬度的影响。在(Mg_(1-x)Zn_(x))Al_(2)O_(4)透明陶瓷中,随着Zn^(2+)含量的增加,陶瓷的致密度变化并不明显,在x=0.8时致密度约为99.31%;Zn^(2+)对陶瓷的光学透过率有显著的提升作用,在x=0.8时,陶瓷在620~6220 nm波长范围内透过率均优于80%,且陶瓷的红外起始衰减波长发生红移;(Mg,Zn)Al_(2)O_(4)透明陶瓷的硬度整体优于MgAl_(2)O_(4),在x=0.8时,硬度达到(13.53±0.24)GPa,比MgAl_(2)O_(4)提高了约9%;(Mg,Zn)Al_(2)O_(4)透明陶瓷的断裂韧性随Zn^(2+)离子的增加逐渐降低。Zn^(2+)离子的加入能提高MgAl_(2)O_(4)尖晶石透明陶瓷透过率与硬度。

La^(3+)对MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷致密化过程、光学及力学性能的影响

镁铝尖晶石(MgAl_(2)O_(4))透明陶瓷具有优异的光学和力学性能,在防弹装甲窗口、高马赫整流罩等方面得到了大量的应用。为实现MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷的致密化,一般需要相对较高的烧结温度,然而高的烧结温度会导致陶瓷晶粒生长过大,影响其性能。因此通过引入合适的烧结助剂降低烧结温度,对于提升陶瓷性能和降低成本均具有很大的意义。本文以高纯商业MgAl_(2)O_(4)粉体为原料,La(OH)_(3)为烧结助剂,采用真空烧结结合热等静压后处理的方式,成功制备MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷,并采用XRD、SEM等对透明陶瓷的微结构和相组成的演变以及性能进行表征。结果表明,La^(3+)在烧结早中期可有效提高陶瓷致密化速率,在烧结后期可抑制陶瓷晶粒生长。掺入0.01%(质量分数)La_(2)O_(3)后,MgAl_(2)O_(4)光学和力学综合性能优异,所需的热等静压烧结温度由1650℃降低到1600℃,相应平均晶粒尺寸由7μm减小到3μm。

氯盐共沉淀法制备钇铝石榴石(YAG)纳米粉体和透明陶瓷的研究

以商业氯化铝和氯化钇为原料,采用共沉淀法合成了YAG纳米粉体。通过高温真空烧结制备了YAG透明陶瓷。采用热重—差热(TG-DTA)、傅立叶红外(FT-IR)、X射线衍射(XRD)等手段研究了氯盐浓度、分散剂PEG-6000浓度对粉体物相、粒径、晶粒尺寸的影响和变化规律。结果表明:以0.25 mol·L^(-1)的AlCl_(3)·6H_(2)O、0.15 mol·L^(-1)的YCl_(3)·6H_(2)O的混合溶液为反应初始溶液,以1.0 mol·L^(-1)的NH_(4)HCO_(3)为沉淀剂,以20 g·L^(-1)的PEG-6000为分散剂,采用反滴法制备的前驱体经过1100℃保温6 h煅烧得到的YAG粉体的性能最优,粉体平均粒径为66.0 nm,且粉体呈现出较好的分散状态;以该YAG纳米粉体制备的陶瓷(厚1 mm)双面抛光后的直线透过率最高为45.0%@400 nm及52.8%@1100 nm,与理论透过率有一定的差距;显微结构观察发现晶界气孔较多,影响了光线的直线传输导致了透过率不高,在今后的工作中还需要对制备工艺进行优化。

纳米结构Y_(2)O_(3)-Sc_(2)O_(3)-ZrO_(2)固溶体透明陶瓷的热压烧结和性能研究

笔者通过溶胶-凝胶燃烧法成功合成了Y_(2)O_(3)-Sc_(2)O_(3)-ZrO_(2)纳米粉体,研究了ZrO_(2)与热压烧结工艺对Y_(2)O_(3)-Sc_(2)O_(3)-ZrO_(2)固溶体透明陶瓷组织与性能的影响。结果表明,Y_(2)O_(3)-Sc_(2)O_(3)-ZrO_(2)粉体晶粒尺寸随ZrO_(2)掺入量的增加而减小。热压过程中,ZrO_(2)可以有效抑制晶界迁移,提高陶瓷致密度、透过率及强度和韧性。在优化的1300℃,30 min,40 MPa工艺下烧结,Y_(2)O_(3)-Sc_(2)O_(3)-10 mol%ZrO_(2)固溶体透明陶瓷的综合性能最好,其平均晶粒尺寸仅94 nm、致密度98.5%、硬度10.44 GPa,断裂韧性1.42 MPa·m^(1/2)、在3~6μm红外波段最大透过率达到72%。

AlON透明陶瓷制备方法及研究进展

AlON透明陶瓷因其优异的光学性能和力学性能,在众多领域被广泛应用。本文介绍了AlON透明陶瓷的发展历程,从反射、吸收和散射等方面说明了影响陶瓷透光性的原因,总结了AlON陶瓷的粉体制备、新型烧结助剂体系、成型工艺及烧结工艺等研究现况,分析了现有的技术问题,并提出了优化方向。

亚微米球形Y_(2)O_(3)粉体及其透明陶瓷的制备

Y_(2)O_(3)以其优良的物理化学性质和在280 nm~8μm宽频段内的高透明性,而广泛应用于激光介质或光学窗口等领域。制备高透明的Y_(2)O_(3)陶瓷是目前的研究热点和难点,而高质量的粉体是制备高透明Y_(2)O_(3)陶瓷的关键,尿素均相沉淀法以其爆发成核和均匀可控的阴离子释放机制成为制备单分散颗粒的主要方法。本工作以硝酸钇和尿素为原料,采用尿素均相沉淀法制备了单分散、亚微米级的球形Y_(2)O_(3)粉体。采用不同方法研究了Y_(2)O_(3)前驱体和煅烧后粉体的结构、物相演变和形貌。前驱体的颗粒尺寸约为330 nm,800℃煅烧2 h得到的Y_(2)O_(3)粉体尺寸约为260 nm。在800℃煅烧后即可得到纯相的Y_(2)O_(3)粉体,粉体呈球形,分散性好,且粒径均匀。以该Y_(2)O_(3)粉体为原料,添加原子分数0.3%的Nb_(2)O_(5)为烧结助剂,在1780℃通过真空无压烧结成功制备了透明Y_(2)O_(3)陶瓷。材料的光学性质优良,即样品(厚度1 mm)的直线透过率在1100 nm处达到76.9%,在400 nm处达到65.6%。本工作为制备性能优良的Y_(2)O_(3)透明陶瓷提供了一种新的方法。

激光介质新秀:透明陶瓷材料

明陶瓷具有良好的机械性能和光学性能,独特的制备优势促使其成为继玻璃和单晶之后又一种优秀的激光介质,为激光系统的设计提供了更大的自由度和发展空间。

透明AlON陶瓷凝胶浇注成型及其无压烧结制备

透明AlON具有优异的光学和力学性能,应用前景广阔。但材料制备成本高昂,限制了其应用发展。为解决上述问题,本研究以透明AlON的凝胶浇注成型与无压烧结制备为核心目标,就AlON细粉的低温合成及其抗水化处理展开重点研究。研究发现以有机聚合物包覆AlN/Al_(2)O_(3)为原料,通过高温碳热–氮化工艺合成AlON,可有效降低AlON的合成温度,在1700℃即可合成近乎纯相的AlON粉体。所得粉体颗粒尺寸细小,在亚微米级。通过对上述粉体进行聚氨酯包覆表面抗水化处理,可大幅度提升其抗水化性能。即使历经长达72 h水中静置,也不发生明显的水解。以此为基础,通过凝胶浇注成型结合生坯的冷等静压后处理在1820~1850℃成功实现了透明AlON陶瓷的无压烧结制备。材料力学和光学性能优异,其中1850℃烧结试样在紫外–中红外波段直线透过率达到83.1%~86.2%,三点抗弯强度达到310 MPa。

镁铝尖晶石透明陶瓷的研究进展

镁铝尖晶石(MgAl2O4)作为先进的透明陶瓷材料,具有透过波段宽、透过率高、各向同性,高熔点、高硬度、高强度、高电阻率、高热导率、高抗热震,耐腐蚀和耐高温等优异性能,可广泛应用于红外制导窗口、高马赫航空器的整流罩、透明装甲和极端环境下的光电设备窗口等关系国防安全与高性能关键设备领域。本文简要介绍了镁铝尖晶石透明陶瓷的基本性能和国内外研制情况,重点介绍中材人工晶体研究院有限公司三十余年在镁铝尖晶石高纯粉体合成、镁铝尖晶石透明陶瓷成型烧结工艺和性能研究及应用开发方面所做工作,分析了材料研制中遇到的困难与在应用开发过程中面临的竞争和挑战,思考材料的研究方向、方法,并对其应用和发展予以展望。

透明陶瓷材料冲击响应特性及损伤演化规律研究

透明陶瓷兼具有优秀的透光性能和抗冲击破坏性能,是武器装备透明部分性能优异的防护材料之一,在军事装备、航天等国防领域具有良好的应用前景.冲击载荷下材料的加载响应特性对掌握材料破坏机制至关重要,能为透明复合材料设计提供依据.文章从透明陶瓷材料的抗冲击响应实验研究,包括实验技术、应变率效应、裂纹扩展速度、材料破坏特征等方面,对静、动态加载下透明陶瓷的冲击响应特性研究进行了较为系统地回顾;同时结合陶瓷材料冲击破坏实验阐明了透明陶瓷材料的冲击破坏机制,以此为基础阐述透明陶瓷冲击破坏的损伤模型、强度准则及冲击响应动态本构模型;最后分析了透明陶瓷复合装甲抗冲击响应特性以及数值模拟技术的研究现状,探讨了陶瓷材料抗冲击响应特性研究的发展趋势.针对现今透明陶瓷冲击响应研究的不足,提出了关于未来研究方向的建议.

透明AlON陶瓷的发展现状和挑战

氮氧化铝透明陶瓷是备受关注的材料,广泛应用于商业和军事领域,如红外和可见光窗口、透明装甲等方面。最近几年,氮氧化铝透明陶瓷得到了快速发展,出现新的制备方法、新的烧结助剂及新的应用领域。然而,目前还没有系统的、最新的相关综述。此外,氮氧化铝透明陶瓷还存在一些未解决的问题和新的挑战,严重阻碍其商业化应用。因此,本文作者全面介绍氮氧化铝陶瓷的制备方法,包括高温固相反应法、氧化铝还原氮化法、化学气相沉积法和溶胶凝胶等方法,并对这些制备方法的优缺点进行比较分析。此外,系统地总结烧结助剂和烧结工艺对氮氧化铝透明陶瓷透光性的影响。最后,对氮氧化铝透明陶瓷面临的挑战和发展趋势进行讨论和展望。

AlON透明陶瓷的制备及其力学性能研究

AlON透明陶瓷因良好的透光性、热震稳定性、力学性能和良好的可加工性,在国防领域和民用领域有广阔的应用前景。本文采用改进的碳热还原氮化/沸腾床法批量制备AlON粉体,单批次产能可达2 kg,在AlON粉体的XRD图谱中未观察到第二相,激光粒径分析显示平均粒径为1.54μm,粒径分布均匀。使用该粉体进行冷等静压成型处理后,获得均匀性较好、致密度高的素坯。采用气压烧结法在1850℃,氮气压力5 MPa下制备出光学透过率为82.3%,弯曲强度为310 MPa的AlON透明陶瓷片,对推进AlON透明陶瓷的应用具有一定的现实意义。

真空反应烧结制备米级尺寸钇铝石榴石(YAG)透明陶瓷

透明陶瓷兼具高强度、高硬度和优异的光学性能,在轻量化透明装甲领域具有重要的应用前景。制备大尺寸和高光学质量透明陶瓷部件是实现其应用的主要挑战。本工作采用国产商业Al_(2)O_(3)和Y_(2)O_(3)为起始原料,通过真空反应烧结工艺制备钇铝石榴石(Y_(3)Al_(5)O_(12),简称YAG)透明陶瓷,突破了大尺寸素坯干压成型与脱黏、真空烧结及光学性能提升等关键技术,成功研制了低变形量、高光学质量的YAG透明陶瓷,并通过成型和烧结设备的升级改造,YAG透明陶瓷的最大可制备尺寸达到1040 mm×810 mm×15 mm,为后期应用奠定了坚实基础。

玻璃晶化法制备氧化物透明陶瓷研究进展

透明陶瓷是一种具有广阔应用前景的无机非金属材料,但以粉末烧结为主的传统制备策略存在依赖高质量原料粉体、需要长时间高温处理、设备和工艺复杂、生产成本高等技术限制。玻璃晶化法是通过调控晶化过程实现玻璃全部结晶并且获得透明陶瓷的新方法,因其可以克服与传统透明陶瓷加工相关的技术困难,并在合成高致密度、无气孔、非立方相、纳米结构透明陶瓷等方面具有独特的优势,而受到人们的广泛关注。本文首先从玻璃晶化法制备氧化物透明陶瓷的工艺方法和组分体系两方面入手,详细概述了该方法的发展历程和研究现状。接着,指出了目前研究中存在的问题,并对其未来发展前景进行了展望,以期该方法能够广泛应用于制备下一代高性能透明陶瓷材料。

透明荧光陶瓷LED隧道灯在瑞寻高速公路中的应用

本文重点对透明荧光陶瓷和荧光陶瓷LED隧道灯的应用现状进行分析。透明荧光陶瓷LED光源采用双通道导热封装技术,具有散热好、“零”光表、长寿命、高效能、免维护等优点。为节约能源和降低运营成本,响应国家节能减排的发展战略,江西省瑞寻高速公路有限责公司隧道照明升级改造采用透明荧光陶瓷LED隧道灯,该项目的升级改造符合国家“双碳”目标,可节省资源,推动绿色发展,实现节能减排目标。完成升级改造后可极大地降低人工维护成本,节约大量电费。