[發明專利]一種高溫高壓窗口用透明鎂鋁尖晶石陶瓷材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011035478.X
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112159221A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 龐珍麗;李禎;王麗;雷牧云
• 申請（專利權）人: 爍光特晶科技有限公司
• 主分類號: C04B35/443
• 分類號: C04B35/443;C04B35/622;C04B35/645
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

本發明公開了一種高溫高壓窗口用透明鎂鋁尖晶石陶瓷材料及其制備方法，鎂鋁尖晶石陶瓷材料熔點高達2135℃，光學均勻性優于5×10^?5，熱膨脹系數7.33×10^?6/K，鎂鋁尖晶石陶瓷材料窗口片的厚度通過調整材料強度實現，材料強度又可以通過調整尖晶石MgO·nAl₂O₃中氧化鋁氧化鎂摩爾比及控制工藝參數來實現，其中，n＝1～2。利用本本發明方法制備鎂鋁尖晶石，無需像傳統方法中將MgO和Al₂O₃的摩爾比例嚴格控制在1：1，n可在1～2范圍內取值，通過優化控制燒結溫度、保溫時間、壓力等工藝參數，都可以得到性能優異、透過率和強度可控的透明鎂鋁尖晶石陶瓷材料，根據窗口厚度與材料強度的關系，從而可以加工出具有厚度小、透過率高及強度高的窗口片。

技術領域

本發明屬于高溫高壓窗口材料技術領域，更具體的說是涉及一種高溫高壓窗口用透明鎂鋁尖晶石陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

航空發動機、燃氣輪機、內燃機等各類機械及高溫爐等各種儀器設備，常需要對其內部的一些熱端部件及工作情況進行光學觀測。由于這類機械系統的內部熱端器件或是工作物質往往處于高溫(500℃)、高壓(1Mpa)氣體的封閉環境中，因此只能通過在特定位置開設光學觀測窗口的方式，滿足如紅外測溫、光譜拍攝、可視化測量等各類光學測試技術的應用需求。

國內外市場上現有的窗口產品，主要針對的是常溫低壓環境，如用于充有保護性氣體電氣間的紅外測溫觀測窗等，不能應用于高溫高壓環境。另外，目前市場上的觀測窗往往是通過法蘭結構壓緊透光材料至試驗件表面來實現的。法蘭結構雖然可以滿足高溫高壓氣體密封的要求，但觀測窗的透光材料往往會在強度、硬度、韌性等特性上弱于法蘭的制作材料，如果操作不當常會造成透光材料的破損甚至碎裂。此外，當試件內部有高速氣流、轉動器械等情況時，這些透光材料的抗熱震性能差，使得這類觀測窗在應用時存在透光材料破裂的隱患。

高溫高壓窗口材料，必須具有高度的透明性、穩定的化學性及特殊的物理學性(抗高溫、耐沖擊)，以便清晰的觀察設備運行情況和物質狀態。材料的透明性好，利于觀察儀器內部工作狀態。化學性質穩定才能耐受使用過程中酸、堿、強氧化性等化學物質的腐蝕。特殊的物理性能(熔點高，強度大)才能抗高溫，耐沖擊，應用在高溫高壓環境中。

光學窗口的透光率是高溫高壓窗口一項重要的指標，用于高溫高壓窗口通常要求中波紅外(2.5～5μm)波段材料，光學透過率大于70％。為了替代高溫高壓窗口不能滿足紅外透過要求的普通玻璃窗口材料，同時又能滿足觀測者日常肉眼觀察的需求，達到一窗兩用的目的，在可見光(0.4～0.78μm)波段，需要光學透過率大于60％。

在眾多的中波紅外材料中，氟化鎂透明陶瓷是目前發展最為成熟的材料，它具有高的紅外透過率(91％)和寬的透光范圍(0.7～8.8μm)，但它的硬度和抗熱震性能差。晶體材料中，氟化鋇晶體覆蓋紫外、可見、紅外0.15～9.5μm波段，光學透過率大于90％，是非常優秀的窗口材料。但是氟化鋇晶體紅外材料強度低，抗彎強度只有27Mpa，需要達到一定的厚度才能滿足高溫高壓氣體產生的沖擊和熱沖擊。藍寶石單晶的力學性能非常優異，但其具有光學各向異性、生長周期長、制備成本高和加工難度大等缺點，限制了它的廣泛應用。

因此，如何提供一種高溫高壓窗口用透明鎂鋁尖晶石陶瓷材料及其制備方法是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種高溫高壓窗口用透明鎂鋁尖晶石陶瓷材料及其制備方法，通過調整尖晶石陶瓷強度并兼顧透過率的情況下，來調整并選擇最佳的窗口片厚度。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：