[发明专利]一种氧氮化物中波红外窗口材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种氧氮化物中波红外窗口材料的制备方法，属于红外与光电制导材料技术领域。本发明提供了一种在中红外波段(3.5–4.0μm)具有极高透过率的LiAlON陶瓷窗口材料的制备方法，该方法获得的LiAlON窗口材料在中红外波段(3.5–4.0μm)具有极高的光学透过率(＞88％)，且兼具弯曲强度高(＞300MPa)、耐热冲击温度高(＞200℃)等特点，可望用作高速飞行器的中波红外制导窗口。

技术领域

本发明属于红外与光电制导材料技术领域，具体涉及一种氧氮化物中波红外窗口材料的制备方法。

背景技术

红外制导具有精度高、抗干扰能力强等优势，因此受到世界各国高度重视。目前在全世界范围内，已发展有近百种红外光学材料，然而由于受限于制备技术水平和使用环境的要求，可用作红外窗口/头罩的材料并不多。在长波红外段有金刚石、Ge、ZnS和GaAs等，中波红外段有MgF₂、蓝宝石、MgAl₂O₄、AlON和Y₂O₃等。中波红外制导方案是当前国内外红外制导系统的应用最多、也是最为成熟的方案。随着未来军事竞争日益加剧，超声速、高超声速武器必将成为未来精确制导光学系统领域竞争的主要角逐场地。这对红外窗口/头罩材料提出了苛刻要求。2009年，美国军方与TA&T公司通过系统论证后联合报道：“高马赫数飞行的红外制导飞行器，需要性能极其优异的窗口/头罩材料，现有的传统红外材料，如ZnS、MgF₂等将难以满足其力学性能需求，目前可供选择的材料主要有蓝宝石、MgAl₂O₄、AlON等”。力学、光学性能综合优异的高性能中波红外材料是当前重要研究方向。

LiAlON透明陶瓷是一种力学、光学性能类似于AlON的材料。最早的报道是在2006年，Clay等人(J.Eu.Ceram.Soc.,26(2006),1351–1362)采用LiAl₅O₈、AlN、Al₂O₃为原料，通过反应烧结/热等静压方法，制备出LiAlON光学透明的陶瓷。2011年，武汉理工大学的王皓等人(ZL 201110125526.9)采用自主合成的LiAlON粉体，经过无压烧结方法，获得了LiAlON透明陶瓷，中红外波段(3.0–4.0μm)透过率可达到50％左右。2018年，Zhang等人(J.Eu.Ceram.Soc.,382018,5252-5256)采用反应烧结/热等静压方法，首次制备出可见光-中红外波段高透明的LiAlON陶瓷，其光学、力学性能方面与蓝宝石、AlON、MgAlON材料较为接近。鉴于其优异的性能，LiAlON透明陶瓷可望应用于高速飞行器的红外窗口/头罩。

通常来看，造成透明陶瓷透过率低的因素主要是：残余气孔、第二相等缺陷难以彻底排除，造成光散射，进而导致透过率降低。通过加入合适的烧结助剂，来提高材料的透过率，这是一种常用的方法，在多种透明陶瓷(AlON、YAG、MgAl₂O₄等)中都有报道。比如前面提到的Clay等人，虽然提到了采用BN、MgO、Y₂O₃等烧结助剂，但并没有给出具体参数或方案，也并没有取得好的实际效果，最高透过率也仅有65％，这可能是制备的材料内部仍存在大量缺陷所致。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：设计一种可以制备出具有高的光学透过率(＞88％)、高的弯曲强度(＞300MPa)及高的耐热冲击温度(＞200℃)的LiAlON陶瓷中波红外(3.5–4.0μm)窗口材料的制备工艺方法，为高速飞行器红外窗口提供候选材料方案。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种氧氮化物中波红外窗口材料的制备方法，包括以下步骤：