[发明专利]一种微波烧结低温制备Y2O3和MgO共掺ZrO2透明陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波烧结制备透明陶瓷的方法，尤其涉及微波烧结低温制备Y₂O₃和MgO共掺杂ZrO₂透明陶瓷的方法。 

背景技术

透明陶瓷作为一种新兴材料除了本身具有宽范围的透光性外，还具有高热导性、低电导率、低介电常数和介电损耗、高硬度、耐摩擦等一系列优异的综合性能，可广泛用于光学、高温技术、电子技术、航空航天以及国防工业等领域。与透明玻璃材料相比，透明陶瓷除具有高强度、高硬度等优点，还具有更高的韧性，更好的抗表面损坏性能，可用在飞机、护目头盔和坦克等的窗口材料上。另一方面，自1960 年第一台激光器诞生以后，透明陶瓷作为潜在的新型固体激光材料，有可能弥补单晶和玻璃的某些不足，从而在固体激光领域获得重要应用，如透明防弹护板，照相机内的组合镜片，三维立体显示、生物分子荧光标记、远程温度传感、上转换防伪等。 

世界各国包括我国在透明陶瓷领域都正在进行大量的研究工作，尤其是一些西方发达国家军方投入大量资金在这一方面进行深入研究，并将一些成果开始应用在航空、航天以及国防领域。如美国空军以此为基础合成的透明防弹护板，经受住了连续射出的枪弹考验，重量却比普通防弹玻璃轻一半。 

目前国内外研究的透明陶瓷包括氧化物透明陶瓷如Y₂O₃、MgO、CaO、TiO₂、ThO₂等和非氧化物陶瓷如AlN、AlON、Sialon陶瓷等。这些透明陶瓷的透光率达到较高水平，如Y₂O₃透明陶瓷透光率最高达到82%，AlN透明陶瓷透光率最高达到82%。但其抗弯强度和断裂韧性仍然较低，如Y₂O₃透明陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别只有350Mpa，2.51MPam^-1/2, AlN抗弯强度和断裂韧性分别只有350Mpa，1.4MPam^-1/2，这大大限制了此类透明陶瓷应用，特别是在航空航天以及国防工业等方面推广应用。 

目前所报道的透明陶瓷烧结工艺主要有热压烧结、热等静压烧结、真空烧结和氢气烧结等，但这些烧结均存在烧结温度过高、时间过长。微波烧结是一种低温快速烧结，微波烧结时在微波电磁能的作用下材料内部分子或离子动能增加，降低了烧结活化能，从而加速了陶瓷材料的致密化速度，缩短了烧结时间（同时也可以降低烧结温度）。而且由于扩散系数的提高，使得材料晶界扩散加强，提高了陶瓷材料的致密度，实现了材料的低温快速烧结，从而可以改善烧结体的显微结构，不但可以提高材料强韧性，而且可以提高材料透光率。目前采用微波烧结的方法已成功地制备出了一些透明度很高的陶瓷，如Al₂O_3、、AlN和AlON等，但国内外未见采用微波烧结制备ZrO₂透明陶瓷的报道。 

本发明通过选择Y₂O₃稳定ZrO₂为基体，通过添加MgO作为烧结助剂来促进烧结，由于固溶到ZrO₂中，造成晶格畸变，促进烧结，进一步降低烧结温度。 

本发明通过成分设计和微波烧结将具有较高硬度、强度和断裂韧性的可用于结构陶瓷的稳定ZrO₂（立方相）制备出透明陶瓷功能材料，得到既具有较高透光率,同时又具有较高强度和断裂韧性（比Y₂O₃等提高2-3倍）的透明陶瓷，为其实用化奠定良好基础。 

发明内容

本发明的目的在于提供了一种微波烧结低温制备Y₂O₃和MgO共掺ZrO₂透明陶瓷的方法，解决目前透明陶瓷强度和断裂韧性低，又不降低透明陶瓷透光率的问题。