[发明专利]一种Y2O3-MgO纳米复相陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外透明的Y₂O₃-MgO纳米复相陶瓷及其制备方法，具体涉及一种两相分布均匀、红外透明的Y₂O₃-MgO纳米复相陶瓷及通过溶胶-凝胶法、放电等离子体烧结（SPS）或热等静压烧结（HIP）或热压烧结（HP）制备该复相陶瓷。

背景技术

红外透明材料是指能够透射红外辐射的材料，主要用于制造红外仪器的部件，如红外探测器的窗口、红外仪器光学系统的透镜和棱镜等。用于飞行器的红外透明窗口材料或整流罩要求能够保护光学系统免受大气、水分、灰尘的影响，同时参与系统成像和矫正像差，这就需要红外透明材料具有较大的透过率，机械强度，硬度和抗热冲击性能。

近年来，红外透明材料获得了较大的发展，涌现了例如镁铝尖晶石、氮氧化铝、蓝宝石等先进的红外材料。但这些先进的红外材料仍具有一定的局限性，如镁铝尖晶石力学性能，抗热冲击性能有限，发射率较高；氮氧化铝抗热冲击性能有限，发射率偏高；目前应用最广泛的蓝宝石也存在着制备，加工成本过高，随着温度升高力学性能显著下降，且发射率偏高的缺陷，所以有必要发展一种新的红外窗口材料。

研究发现，氧化钇和氧化镁具有透过率高、截止波长大、发射率较低等优点，进行两相复合则可进一步提高力学性能和抗热冲击性能。考虑到透过率、机械强度等与晶粒尺寸的关系，将复相陶瓷的晶粒尺寸控制在亚微米尺寸，可显著提高复相陶瓷的光学，力学和热学性能。所以，Y₂O₃-MgO纳米复相陶瓷有望成为下一代红外透明材料。

康涅狄格大学的Maurice Gell等[C.K.Muoto,E.H.Jordan,M.Gell,M.Aindow,M.Cinibulk,Phase Homogeneity in Y₂O₃-MgO Nanocomposites Synthesized by Thermal Decomposition of Nitrate Precursors with Ammonium Acetate Additions.Journal of the American Ceramic Society94,4207(2011).]研究了在硝酸钇和硝酸镁的混合液中添加醋酸铵对最终复相粉体性能以及复相陶瓷中两相分布均匀性的影响。加利福尼亚大学的DongTao Jiang等[D.Jiang,A.K.Mukherjee,Spark Plasma Sintering of an Infrared-Transparent Y₂O₃-MgO Nanocomposite.Journal of the American Ceramic Society93,769(2010).]以喷雾热价法制备出的Y₂O₃-MgO纳米复相粉体为原料，采用放电等离子体烧结工艺制备出的纳米复相陶瓷，并研究了保温时间和退火工艺对复相陶瓷的红外透过率的影响。但这两项研究都存在些问题，如Maurice Gell等选择醋酸铵作为添加剂来研究其对粉体两相分布的影响，忽略了达到所需的粉体中两相分布均匀时需要加入过量的醋酸铵，而煅烧过后残余在粉体中的碳会造成烧结后复相陶瓷存在严重的吸收。此外，粉体中两相分布均匀时，晶粒尺寸会过度长大（24nm左右），造成烧结活性下降，最终的复相陶瓷中的晶粒尺寸偏高，红外透过率下降的后果；DongTao Jiang等选用喷雾热解法制备的复相粉体为原料，需要对原料进行煅烧处理（喷雾热解法制备的粉体的结晶性能有限，其中无定型相较多），会造成粉体的晶粒尺寸变大以及分散性能变差，从而影响到最终的烧结性能以及复相陶瓷的性能。

发明内容

本发明旨在克服现有制备Y₂O₃-MgO纳米复相陶瓷的方法所具有的缺陷，本发明提供一种通过溶胶-凝胶法、放电等离子体烧结（SPS）或热等静压烧结（HIP）或热压烧结（HP）制备Y₂O₃-MgO纳米复相陶瓷的方法，获得了一种两相分布均匀、红外透过率高的Y₂O₃-MgO纳米复相陶瓷。