[發明專利]一種紅外透明陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811523327.1
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109369183B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 李曉東;付仲超;張牧;孫旭東
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C04B35/505
• 分類號: C04B35/505;C04B35/622;C04B35/626;C04B35/645;C09K11/77
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

本發明涉及一種紅外透明陶瓷材料及其制備方法，其中，紅外透明陶瓷材料的組成通式為Y₂O₃?MgO?Gd₂O₃，采用含有Y₂O₃的納米粉末、MgO的納米粉末和Gd₂O₃的納米粉末組成的納米復合粉體燒制而成。Y₂O₃的納米粉末和MgO的納米粉末的體積比為1:1，Gd₂O₃的納米粉末占納米復合粉體總摩爾量的百分數為0.01～18％。本發明中的紅外透明陶瓷材料，由于Gd₂O₃具有極高的密度和機械強度，同時在燒結過程中因Gd₂O₃的加入能夠抑制晶界擴散速度，降低晶粒長大速度，降低陶瓷材料的晶粒尺寸，達到細晶強化的目的，且透明陶瓷材料的透過率不受影響、機械性能得到進一步提高，以滿足用作紅外窗口材料更高的性能要求。

技術領域

本發明屬于透明陶瓷材料技術領域，具體涉及一種紅外透明陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

針對未來高馬赫數導彈的發展趨勢及紅外窗口材料所面臨的技術挑戰，對比分析了當前幾種常見的紅外窗口材料。目前3～5μm中波紅外探測器因其空間及溫度分辨率高，在紅外對抗、遙感、紅外制導與偵查、高能激光武器、熱像儀、夜視儀、火焰氣體探測器、環境監測、空間通信等多個領域獲得廣泛的應用。Y₂O₃發射率隨波長變化最小，相同溫度下具有最低的高溫紅外輻射系數，有利于降低紅外探測器信噪比，提高探測分辨率。此外，由于擁有較低的聲子能量，Y₂O₃具有比其它的光學材料(藍寶石、AlON、尖晶石等)大的截止波長(9.5μm左右)，更有散射率低、高溫力學性能優良等優點，因此是一種很有前景的紅外窗口材料。

降低晶粒尺寸是一種在不影響多晶陶瓷透過率的同時，提升力學性能的有效方法。Y₂O₃和MgO兩相相互固溶度極低，通過釘扎效應，可有效抑制燒結過程中晶粒長大。Y₂O₃-MgO納米復相陶瓷具有出色的中波紅外透過性能、極低的高溫輻射系數、優良的高溫力學性能、適中的熱學性能以及僅次于藍寶石的抗熱震性，使其有望成為未來高馬赫數導彈紅外窗口/整流罩的最佳候選材料。

然而，由于攻擊速率要求的不斷提高，紅外窗口/整流罩的服役環境也越發惡劣，導彈在超高速飛行過程中，其前端與大氣摩擦所產生氣動力和氣動熱也急劇增加，紅外窗口/整流罩處于如此復雜的熱力混合作用狀態，其光學性能和機械性能的進一步提高和穩定性成為目前紅外透明陶瓷的主要挑戰。由于光電系統通常是在十分苛刻的條件下工作，因此對紅外窗口材料有很高的性能要求，包括：1)光學性能：在工作波段具有更高的透射率、低的熱輻射和雙折射、高的光學質量；2)力學性能：機械性能好、能經受住高速飛行中沙礫雨水的沖擊；3)熱學性能：熱導率高、熱膨脹系數小、抗熱沖擊性能好；4)化學性能：能耐酸堿腐蝕、耐雨水侵蝕；5)電學性能：較低的介電損耗、能抗電磁干擾；6)材料適宜加工和鍍膜，且成本較低。

因此，亟需一種在保證高透過率的同時進一步提高機械性能的紅外透明陶瓷材料。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決現有技術的上述問題，本發明提供一種在保證高透過率的同時進一步提高機械性能的紅外透明陶瓷及其制備方法。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：