[发明专利]用于红外光学窗口的MgLiAlON透明陶瓷及制备方法

说明书

本发明提供了一种MgLiAlON透明陶瓷及制备方法，用以解决现有技术中红外光学窗口材料不能兼具高强度和高红外透过率的问题。所述制备方法包括如下步骤：按预定比例称取MgO、LiAl₅O₈、α‑Al₂O₃、AlN粉料，球磨混合后，将混合粉体模压成型，再经冷等静压处理，得到坯料；坯料置于气氛烧结炉中，升温至1600～1800℃并保温，得到初步样品；再将初步样品置于热等静压炉中，升温到1800～1950℃、压强为150～200MPa下进行热等静压处理；再对样品表面抛光，得到MgLiAlON透明陶瓷。本发明通过Mg²⁺、Li⁺双元素掺杂及组分调配，获得MgLiAlON透明陶瓷，具有红外高透过率和高强度的特点，满足红外光学窗口材料的要求。

技术领域

本发明属于红外光学材料领域，具体涉及一种用于红外光学窗口的MgLiAlON透明陶瓷及制备方法。

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。中波红外(3.0～5.0μm)是当前国内外红外制导系统中应用最多、最为成熟的方案，涉及的红外材料有MgF₂、蓝宝石、MgAl₂O₄、AlON等。MgF₂由于力学性能相对较差，难以满足未来高速高热环境的应用需求；蓝宝石制备技术相对较为成熟，但由于单晶生长周期长、成本高不利于规模化生产；MgAl₂O₄和AlON是一种立方尖晶石结构的材料，通过低成本的陶瓷烧结的方法，可以制备出透明的块体材料，是优异的中波红外窗口材料候选方案。

现有技术中，红外光学窗口材料要应用于高速高热的环境下，因此不仅需要窗口材料具有良好的红外透过等光学性能，还要具备相应的强度、硬度等力学性能。目前，采用反应烧结/热等静压方法制备出的高透明的AlON基的LiAlON陶瓷，强度与AlON材料十分接近，且高于MgAlON和MgAl₂O₄，但是其红外波段尤其是4.5μm附近透过率相对较低，无法满足红外窗口材料的要求；采用无压烧结法制备出的高透明的AlON基的MgAlON陶瓷，在3.0～4.5μm波段具有优异的光学透过性能，但是其强度要低于LiAlON，也无法应用于红外光学窗口。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明旨在提供一种用于红外光学窗口的MgLiAlON透明陶瓷及制备方法，通过Mg²⁺、Li⁺双元素掺杂及组分调配，并选择合适的烧结方法，获得新型AlON基陶瓷材料，即MgLiAlON透明陶瓷，具有红外高透过率和高强度的特点，在3.0～4.5μm具有较高透过率(不低于70％)、且强度不低于270MPa，满足红外光学窗口材料的要求。

为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种用于红外光学窗口的MgLiAlON透明陶瓷的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

步骤S1，按预定比例称取MgO、LiAl₅O₈、α-Al₂O₃、AlN粉料，进行球磨混合，得到混合粉体；

步骤S2，将所述混合粉体进行模压成型，再经冷等静压处理，得到坯料；

步骤S3，将坯料置于N₂气氛保护的烧结炉中，以5～10℃/min的速率升温至1600～1800℃保温5～20h，以5～10℃/min的速率却至室温，得到初步样品；

步骤S4，将初步样品置于热等静压炉中，以5～10℃/min的速率升温到1800～1950℃进行热等静压，保温时间为1～5h，且保温期间热等静压压强为150～200MPa；以5～10℃/min的速率冷却至300℃，再自然冷却至室温后，得到准样品；