[發明專利]一種紅外光源材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810271013.0
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108358643B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 陳健;鄭嘉棋;黃政仁;朱云洲;管晶;裴兵兵;袁明;孫安樂
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明提供一種紅外光源材料及其制備方法，所述紅外光源材料的組分包括：54～79wt%SiC基體、1～6wt%AlN和20～40wt%MoSi₂第二相材料，各組分含量之和為100wt%；優選地，所述紅外光源材料包括：55～75wt%SiC基體、5wt%AlN和20～40wt%MoSi₂第二相材料，各組分含量之和為100wt%。

技術領域

本發明涉及一種紅外光源材料及其制備方法，屬于紅外光源領域。

背景技術

隨著光電子技術的迅速發展，紅外技術在信息技術與通訊、國防軍工、航空航天、環境監測、醫用保健等領域均有廣泛應用。而紅外光源作為紅外技術中最為關鍵的部分已經成為紅外領域研究的重點之一。

目前廣泛應用在各類儀器中的紅外光源主要有金屬燈絲(一般為鎳鉻絲)、紅外激光器、能斯特光源和碳化硅(SiC)光源。其中鎳鉻絲高溫易氧化，輻射功耗大，光源壽命短；而紅外激光器雖然易于調制到很高的頻率，然而其波長具有選擇性，且制造成本高，加上需要低溫制冷，限制了其實際應用；能斯特光源由氧化鋯、氧化釔、氧化釷混合物燒結而成的中空棒或實心棒結構，其兩端繞有鉑絲作為電極，發出的光強較強，但機械強度較差，使用前需預熱，操作不方便，限制了其使用范圍。SiC紅外光源的熱輻射發射的是一種近黑體寬譜紅外光，工作溫度高，機械強度大，使用壽命長，不過在制備和使用過程中仍有一些不足，例如由于電阻率高導致高溫輻射強度較低、硬度大而難以加工成型。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種具有電阻率低、熱導率高、強度大等優點的紅外光源材料及其制備方法。

一方面，本發明提供了一種紅外光源材料，所述紅外光源材料的組分包括：54～79wt％SiC基體、1～6wt％AlN和20～40wt％MoSi₂第二相材料，各組分含量之和為100wt％；優選地，所述紅外光源材料包括：55～75wt％SiC基體、5wt％AlN和20～40wt％MoSi₂第二相材料，各組分含量之和為100wt％。

本發明中，將MoSi₂作為一種第二相，MoSi₂是一種熔點較高，導電性和導熱性能良好，抗氧化的材料。由于MoSi₂和SiC的熱膨脹系數差異不大，同時在室溫下幾乎不互溶，因此得到的復合陶瓷可兼具各自優點。然而SiC和MoSi₂的導電機理并不相同，前者表現出壓敏電阻的非線性特征(由晶界處的肖特基勢壘引起)，后者表現出歐姆電阻的線性特征(由晶粒間的歐姆接觸引起)。本發明人發現，將兩者按一定比例混合，當MoSi₂第二相含量在一定范圍內變化時，SiC晶粒間的接觸界面和SiC與MoSi₂晶粒間的接觸界面比例發生變化，使肖特基勢壘和歐姆電阻也相應改變，據此調控SiC復相陶瓷的電阻率。本發明將AlN作為另一種第二相，AlN具有熱導率高，機械性能好等特點，同時與SiC的熱膨脹系數相匹配，而且晶胞常數與SiC相近，在很大濃度范圍內能與SiC形成固溶體。因此，本發明首次通過添加AlN的SiC陶瓷形成施主或受主摻雜，產生電子或空穴，利用雜質補償機制調控SiC晶粒電阻。

較佳地，所述紅外光源材料具有歐姆電阻的線性伏安特性，當MoSi₂含量在20～40wt％變化時，電阻率在10～110Ω·cm范圍內可控。

較佳地，所述紅外光源材料的抗彎強度為130～181MPa，熱導率為40～44W·m^-1·K^-1。

較佳地，所述紅外光源材料在1～22μm光譜范圍內的法向紅外發射率為0.846～0.890。

另一方面，本發明還提供了一種如上所述紅外光源材料的制備方法，包括：