[发明专利]一种纳米复相红外透明陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明提出了一种纳米复相红外透明陶瓷材料及其制备方法，该材料的组成通式为Y₂O₃–Mg_1‑xZn_xO，其中，Y₂O₃的纳米粉末和Mg_1‑xZn_xO的纳米粉末的体积比为1：1，Mg_1‑xZn_xO固溶体中ZnO的摩尔百分数为0～30％。本发明中的Y₂O₃–Mg_1‑xZn_xO纳米复相红外陶瓷材料，从两个方面降低了散射，从而提高了在近红外波段的透过率。首先由于ZnO的掺杂使MgO相的折射率提高，减小了与Y₂O₃相的折射率差，其次通过ZnO掺杂，降低了纳米复相红外透明陶瓷的致密化温度，减小了晶粒尺寸。此外由于ZnO的掺杂，通过固溶增韧，进一步提升了复相陶瓷的强度，以满足用作红外窗口材料更高的性能要求。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种纳米复相红外透明陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

红外窗口/整流罩是高马赫数导弹功能结构一体化的一个重要部件。随着飞行器从超音速向高超音速发展，红外窗口/整流罩的服役条件越发恶劣，对红外窗口材料提出了宽波段高透过率、良好的机械强度、抗热震性和低发射率等更高的性能要求。

近年来Y₂O₃–MgO纳米复相陶瓷收到广泛的关注，因为它具有出色的中波红外透过性能、极低的高温辐射系数、优良的高温力学性能、适中的热学性能以及仅次于蓝宝石的抗热震性，使其有望成为未来高马赫数导弹红外窗口的最佳候选材料。

美国加利福尼亚大学的DongTao Jiang等人(DongTao Jiang,et al.Journal ofthe American Ceramic Society,93,769(2010))采用喷雾热解法制备Y₂O₃-MgO纳米粉体，粒径大小为25nm的复相粉末。最后利用火花等离子体烧结(SPS)得到两相均匀分布的Y₂O₃–MgO纳米复相陶瓷，晶粒尺寸为200nm，3-6μm中红外波段内透过率达到70％。

美国康涅狄格大学的Chigozie K.Muoto等人(Chigozie K.Muoto,et al.Journalof the American Ceramic Society,94,372(2011))使用溶胶凝胶热分解工艺，从4种不同的醋酸盐和/或硝酸盐前驱体混合物制备了MgO–Y₂O₃(50％～50％)纳米复合粉体。研究了前驱体化学过程对由这些粉体制备出的陶瓷材料中相均匀性的影响。

Chun-Hu Chen等人(Chun-Hu Chen,et al.Journal of the American CeramicSociety,94,367(2011))利用柠檬酸和乙二醇之间的酯化反应使用金属硝酸盐制备出了MgO-Y₂O₃纳米复合粉体。对合成的粉体进行热压烧结，获得了相对密度96.6％的纳米复相陶瓷。

Shengquan Xu等人(Shengquan Xu,et al.Journal of the American CeramicSociety,98,1019(2015))使用溶胶凝胶燃烧法制备了50％:50％的MgO-Y₂O₃纳米复合粉体，复合粉体的平均颗粒尺寸为13nm，比表面积为45.9m²/g。随后通过热压烧结的方式获得了在5μm波长处的透过率为75％，截止波长达到9.89μm的MgO-Y₂O₃纳米复合陶瓷。