[發明專利]一種Y2

在審

• 申請號: 201911167169.5
• 申請日: 2019-11-25
• 公開（公告）號: CN110922169A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 范金太;沈宗云;錢凱臣;張龍;馮濤;姜本學;馮明輝;張戈;王魏;馬婉秋;黃鑫
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C04B35/053
• 分類號: C04B35/053;C04B35/64;C04B35/645
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種Y₂O₃?MgO納米復相紅外透明陶瓷的制備方法，首先采用Y₂O₃?MgO復相納米粉體壓制成素坯，通過在馬弗爐中空氣氛圍下進行兩步燒結的工藝獲得陶瓷胚體，然后再輔助以熱等靜壓燒結，制得紅外透明的Y₂O₃?MgO納米復相陶瓷。其密度接近理論密度，晶粒尺寸小，中紅外3?6μm的平均透過率(厚度2.0mm)大于76％，優于常規燒結后輔助熱等靜壓燒結制備的樣品。

技術領域

本發明涉及一種紅外寬波段、高透過率的Y₂O₃-MgO納米復相陶瓷的制備方法，具體涉及將Y₂O₃-MgO復相納米粉體壓制成的素坯，通過兩步燒結工藝獲得致密的陶瓷胚體，再通過熱等靜壓燒結制備出細晶粒致密化的Y₂O₃-MgO納米復相紅外透明陶瓷及其制品。

背景技術

紅外窗口/球罩具有良好的機械、熱學、光學等性能，起到保護紅外光電系統內部精密光電元器件及其為探測器/傳感器傳遞目標紅外信號等的重要作用，是保證紅外制導精度的先決條件。隨著超音速飛行器從超音速向高超音速的不斷發展，紅外窗口/球罩面臨越來越多的新挑戰，對紅外光學材料的寬波段透過率、機械強度及耐熱沖擊性能、紅外低輻射特性提出越來越高的性能需求。

近幾年，高透過率、低發射率的Y₂O₃透明陶瓷的性能改進取得重要進展，通過共摻雜、晶粒細化等手段獲得了抗彎強度超過180MPa的Y₂O₃透明陶瓷窗口材料，在超音速中紅外窗口候選材料中顯示出了極大的應用前景。但其抗彎強度依舊未能滿足高超音速飛行器紅外窗口的應用需求。發展高超極端環境下服役的紅外光窗材料迫在眉睫，利用納米復相對Y₂O₃進行改性的材料設計理念應運而生。針對透過率問題，選擇中紅外截止波長較長的MgO；針對晶界散射問題，利用兩相的釘扎效應實現晶粒納米化；針對強度問題，引入MgO相，利用復相增強、細化晶粒增強。制備Y₂O₃和MgO兩相體積比接近1:1、兩相均勻分布的細晶粒、高致密度納米復相陶瓷，中紅外透過率可達到83％，抗彎強度超過250MPa，300℃高溫發射率低于0.02，成為未來高超音速飛行器紅外窗口材料的希望和重要候選。

在制備致密化的Y₂O₃-MgO納米復相紅外透明陶瓷的燒結工藝上，采用熱壓燒結(HP)、放電等離子體燒結(SPS)、微波燒結、常規燒結后輔助熱等靜壓燒結(HIP)等燒結方法，均能夠制備出致密的Y₂O₃-MgO納米復相陶瓷。但這些燒結工藝制備的產品都存在些問題，如放電等離子體燒結和微波燒結不適宜制備大尺寸的產品；熱壓燒結制備的大尺寸樣品致密度不均勻，整體性能不佳；常規燒結后輔助熱等靜壓燒結的樣品晶粒尺寸相對較大，3～5μm波段的平均透過率較低，抗彎強度大幅降低，且難以優化；采用熱壓燒結和放電等離子體燒結工藝燒結獲得的樣品，殘余在樣品中的碳難以完全除盡，會影響產品的熱學、光學、力學等性能，并且對樣品的抗熱震性等高溫性能不利，最終將會影響Y₂O₃-MgO納米復相陶瓷產品的綜合性能。