[发明专利]中波红外窗口及其制备方法

说明书

一种中波红外窗口及其制备方法，该中波红外窗口是Y₂O₃稳定的四方多晶氧化锆陶瓷，原料为2.5‑3.0mol％Y₂O₃的ZrO₂纳米粉体，陶瓷平均晶粒尺寸为200‑600nm。采用放电等离子烧结(SPS)或者热等静压(HIP)烧结方法获得。本发明中波红外窗口能够在室温至300℃范围使用，3.7‑4.8μm中波红外波段的透过率不小于75％；0‑300℃范围的辐射系数不大于0.05；弯曲强度不低于1000MPa。能够用于高超音速导弹的红外整流罩，或者用于其它高温场合的中波红外窗口。

技术领域

本发明涉及中波红外窗口，特别是一种耐高温高强度的中波红外窗口及其制备方法。

背景技术

红外探测技术在现代国防技术中占有十分重要的地位，各种导弹的制导，红外预警，观察瞄准(高能束拦截武器等)等许多领域涉及红外探测技术。红外窗口是导弹红外导引头的重要部件，起着保护内部探测系统各元器件的作用，同时又能够有效传输红外信号。

近年来，随着导弹等飞行器的速度越来越快，红外窗口受到大气的高速摩擦，气动热效应使得红外光电窗口的温度迅速上升，对红外窗口材料提出了新的挑战。高温下窗口材料自身的红外辐射将强烈干扰外界进入的红外信号，甚至引起探测器饱和。大多数透红外材料在高温状态下具有显著的红外辐射，已经难以满足高超音速飞行条件对红外窗口的要求。此外，为了抵抗气动热效应导致的热应力，红外窗口材料还需要具有优异的力学性能。

美国Raytheon公司的研究证实Y₂O₃陶瓷窗口能够在4Ma的飞行条件下保持良好的红外成像性能，而不需要额外的冷却设计【P.Hogan,T.Stefanik,C.Willingham,et.al.,the 10th DoD Electromagnetic Windows Symposium,(2004)】；但是，由于Y₂O₃陶瓷强度及抗热震性不足，为了获得更高强度的低辐射红外窗口材料，2007年美国国防部项目局和海军研究室(DARPA/ONR)启动了纳米复合物光学陶瓷研究项目(NCOC)【http://www.darpa.mil/Our_Work/DSO/Programs/Nano_Composite_Optical_Cer amics_(NCOC).aspx】，开发高强度Y₂O₃-MgO纳米复相红外陶瓷【D.C.Harris,L.Cambrea,L.Johnson,et.al.,J.Am.Ceram.Soc.,96(12),3828-35(2013)】。然而，MgO纳米颗粒具有强烈的吸湿性，在制备及加工过程中极易吸收空气中的水分形成氢氧化物及碳酸盐，导致该材料的高温红外透过率及辐射系数均难以达到预期要求。因此，开发耐高温高强度中波红外窗口，是发展高超音速飞行器红外光电系统急需解决的关键难题之一。

Y₂O₃稳定的四方多晶氧化锆(Y-TZP)陶瓷因四方相t-ZrO₂晶粒的马氏体相变增韧，而具有其它陶瓷材料难以企及的优异力学性能。但是由于四方晶型，Y-TZP陶瓷难以获得良好的光学透过率，而长期被认为难以作为透明陶瓷。已有研究【Adv.Funct.Mater.2007,17,3267–3273】发现利用先进烧结工艺制备的Y₂O₃稳定的四方多晶氧化锆(Y-TZP)陶瓷具有高强度和一定的光学透过性能。

发明内容

为了克服现有红外材料在气动热环境下存在的问题，本发明提出一种中波红外窗口及其制备方法，该中波红外窗口具有耐高温、高强度的特点。

本发明的技术解决方案如下：