[发明专利]一种红外透明陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种红外透明陶瓷材料及其制备方法，其中，红外透明陶瓷材料的组成通式为Y₂O₃‑MgO‑Gd₂O₃，采用含有Y₂O₃的纳米粉末、MgO的纳米粉末和Gd₂O₃的纳米粉末组成的纳米复合粉体烧制而成。Y₂O₃的纳米粉末和MgO的纳米粉末的体积比为1:1，Gd₂O₃的纳米粉末占纳米复合粉体总摩尔量的百分数为0.01～18％。本发明中的红外透明陶瓷材料，由于Gd₂O₃具有极高的密度和机械强度，同时在烧结过程中因Gd₂O₃的加入能够抑制晶界扩散速度，降低晶粒长大速度，降低陶瓷材料的晶粒尺寸，达到细晶强化的目的，且透明陶瓷材料的透过率不受影响、机械性能得到进一步提高，以满足用作红外窗口材料更高的性能要求。

技术领域

本发明属于透明陶瓷材料技术领域，具体涉及一种红外透明陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

针对未来高马赫数导弹的发展趋势及红外窗口材料所面临的技术挑战，对比分析了当前几种常见的红外窗口材料。目前3～5μm中波红外探测器因其空间及温度分辨率高，在红外对抗、遥感、红外制导与侦查、高能激光武器、热像仪、夜视仪、火焰气体探测器、环境监测、空间通信等多个领域获得广泛的应用。Y₂O₃发射率随波长变化最小，相同温度下具有最低的高温红外辐射系数，有利于降低红外探测器信噪比，提高探测分辨率。此外，由于拥有较低的声子能量，Y₂O₃具有比其它的光学材料(蓝宝石、AlON、尖晶石等)大的截止波长(9.5μm左右)，更有散射率低、高温力学性能优良等优点，因此是一种很有前景的红外窗口材料。

降低晶粒尺寸是一种在不影响多晶陶瓷透过率的同时，提升力学性能的有效方法。Y₂O₃和MgO两相相互固溶度极低，通过钉扎效应，可有效抑制烧结过程中晶粒长大。Y₂O₃-MgO纳米复相陶瓷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/整流罩的最佳候选材料。

然而，由于攻击速率要求的不断提高，红外窗口/整流罩的服役环境也越发恶劣，导弹在超高速飞行过程中，其前端与大气摩擦所产生气动力和气动热也急剧增加，红外窗口/整流罩处于如此复杂的热力混合作用状态，其光学性能和机械性能的进一步提高和稳定性成为目前红外透明陶瓷的主要挑战。由于光电系统通常是在十分苛刻的条件下工作，因此对红外窗口材料有很高的性能要求，包括：1)光学性能：在工作波段具有更高的透射率、低的热辐射和双折射、高的光学质量；2)力学性能：机械性能好、能经受住高速飞行中沙砾雨水的冲击；3)热学性能：热导率高、热膨胀系数小、抗热冲击性能好；4)化学性能：能耐酸碱腐蚀、耐雨水侵蚀；5)电学性能：较低的介电损耗、能抗电磁干扰；6)材料适宜加工和镀膜，且成本较低。

因此，亟需一种在保证高透过率的同时进一步提高机械性能的红外透明陶瓷材料。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种在保证高透过率的同时进一步提高机械性能的红外透明陶瓷及其制备方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：