[發(fā)明專利]中波紅外窗口及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610465700.7
• 申請(qǐng)日: 2016-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107540372B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛小建;張龍;馮明輝;姜本學(xué)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所;上海恒益光學(xué)精密機(jī)械有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/488
• 分類號(hào): C04B35/488;C04B35/64
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種中波紅外窗口及其制備方法，該中波紅外窗口是Y₂O₃穩(wěn)定的四方多晶氧化鋯陶瓷，原料為2.5?3.0mol％Y₂O₃的ZrO₂納米粉體，陶瓷平均晶粒尺寸為200?600nm。采用放電等離子燒結(jié)(SPS)或者熱等靜壓(HIP)燒結(jié)方法獲得。本發(fā)明中波紅外窗口能夠在室溫至300℃范圍使用，3.7?4.8μm中波紅外波段的透過(guò)率不小于75％；0?300℃范圍的輻射系數(shù)不大于0.05；彎曲強(qiáng)度不低于1000MPa。能夠用于高超音速導(dǎo)彈的紅外整流罩，或者用于其它高溫場(chǎng)合的中波紅外窗口。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及中波紅外窗口，特別是一種耐高溫高強(qiáng)度的中波紅外窗口及其制備方法。

背景技術(shù)

紅外探測(cè)技術(shù)在現(xiàn)代國(guó)防技術(shù)中占有十分重要的地位，各種導(dǎo)彈的制導(dǎo)，紅外預(yù)警，觀察瞄準(zhǔn)(高能束攔截武器等)等許多領(lǐng)域涉及紅外探測(cè)技術(shù)。紅外窗口是導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭的重要部件，起著保護(hù)內(nèi)部探測(cè)系統(tǒng)各元器件的作用，同時(shí)又能夠有效傳輸紅外信號(hào)。

近年來(lái)，隨著導(dǎo)彈等飛行器的速度越來(lái)越快，紅外窗口受到大氣的高速摩擦，氣動(dòng)熱效應(yīng)使得紅外光電窗口的溫度迅速上升，對(duì)紅外窗口材料提出了新的挑戰(zhàn)。高溫下窗口材料自身的紅外輻射將強(qiáng)烈干擾外界進(jìn)入的紅外信號(hào)，甚至引起探測(cè)器飽和。大多數(shù)透紅外材料在高溫狀態(tài)下具有顯著的紅外輻射，已經(jīng)難以滿足高超音速飛行條件對(duì)紅外窗口的要求。此外，為了抵抗氣動(dòng)熱效應(yīng)導(dǎo)致的熱應(yīng)力，紅外窗口材料還需要具有優(yōu)異的力學(xué)性能。

美國(guó)Raytheon公司的研究證實(shí)Y₂O₃陶瓷窗口能夠在4Ma的飛行條件下保持良好的紅外成像性能，而不需要額外的冷卻設(shè)計(jì)【P.Hogan,T.Stefanik,C.Willingham,et.al.,the 10th DoD Electromagnetic Windows Symposium,(2004)】；但是，由于Y₂O₃陶瓷強(qiáng)度及抗熱震性不足，為了獲得更高強(qiáng)度的低輻射紅外窗口材料，2007年美國(guó)國(guó)防部項(xiàng)目局和海軍研究室(DARPA/ONR)啟動(dòng)了納米復(fù)合物光學(xué)陶瓷研究項(xiàng)目(NCOC)【http://www.darpa.mil/Our_Work/DSO/Programs/Nano_Composite_Optical_Cer amics_(NCOC).aspx】，開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度Y₂O₃-MgO納米復(fù)相紅外陶瓷【D.C.Harris,L.Cambrea,L.Johnson,et.al.,J.Am.Ceram.Soc.,96(12),3828-35(2013)】。然而，MgO納米顆粒具有強(qiáng)烈的吸濕性，在制備及加工過(guò)程中極易吸收空氣中的水分形成氫氧化物及碳酸鹽，導(dǎo)致該材料的高溫紅外透過(guò)率及輻射系數(shù)均難以達(dá)到預(yù)期要求。因此，開(kāi)發(fā)耐高溫高強(qiáng)度中波紅外窗口，是發(fā)展高超音速飛行器紅外光電系統(tǒng)急需解決的關(guān)鍵難題之一。

Y₂O₃穩(wěn)定的四方多晶氧化鋯(Y-TZP)陶瓷因四方相t-ZrO₂晶粒的馬氏體相變?cè)鲰g，而具有其它陶瓷材料難以企及的優(yōu)異力學(xué)性能。但是由于四方晶型，Y-TZP陶瓷難以獲得良好的光學(xué)透過(guò)率，而長(zhǎng)期被認(rèn)為難以作為透明陶瓷。已有研究【Adv.Funct.Mater.2007,17,3267–3273】發(fā)現(xiàn)利用先進(jìn)燒結(jié)工藝制備的Y₂O₃穩(wěn)定的四方多晶氧化鋯(Y-TZP)陶瓷具有高強(qiáng)度和一定的光學(xué)透過(guò)性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有紅外材料在氣動(dòng)熱環(huán)境下存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種中波紅外窗口及其制備方法，該中波紅外窗口具有耐高溫、高強(qiáng)度的特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：