开发出对红外线透明的陶瓷材料

Y2O3-MgO复合SPS陶瓷在1100（a），1200（b），1250（c）和1300C（d）烧结的FESEM图像°。

远东联邦大学（FEFU）的科学家与化学研究所（FEB RAS），单晶研究所（乌克兰）和上海陶瓷研究所（中国科学院）的同事合作开发了均匀的Y2O3–MgO纳米复合陶瓷两相的分布，11 GPa以上的显微硬度和250 nm的平均晶粒尺寸。它能够透射70％的红外范围，波长可达6,000 nm。相关文章已在国际陶瓷杂志上发表。

由于晶粒的亚微米尺寸及其在材料总体积中的均匀分布，氧化钇和氧化镁（Y2O3-MgO）陶瓷具有先进的光学，热物理和机械性能（热稳定性，导热性，硬度，等），并通过这些参数超越了其单相商用类似物Y2O3和MgO。该团队通过一种创新方法-钇和氧化镁纳米粉的火花等离子烧结法，成功实现了如此先进的性能。FEFU和化学研究所（FEB RAS）正在积极开发这种方法。

这种新材料可用于现代高科技生产工艺中，例如，为航空航天工程中的红外系统制造屏蔽窗。

“要开发具有两相均匀分布的Y2O3-MgO纳米陶瓷，我们的同事必须解决一个复杂的问题，即Y2O3和MgO纳米粉中颗粒接触点的分布均匀。为此，他们使用了过量的甘氨酸和硝酸自蔓延合成硝酸硝酸甘油的方法。由于使用了过量甘氨酸的反应体系，在合成纳米粉体的过程中，在短时间内产生了大量的成核中心，并达到了Y2O3和MgO纳米颗粒尺寸的均匀性。反应过程中散发的大量气体确保了颗粒的隔离并防止了聚集。在这些条件下，粉末的固结主要是由于塑性变形而没有晶界滑动，转向和晶粒的进一步聚结。在烧结过程中，压块整体体积的温差降低到最小。” FEFU研究团队负责人，FEFU国家技术计划中心资深研究员Denis Kosyanov说道。

根据这位科学家的说法，Y2O3-MgO陶瓷纳米复合材料在全球范围内仅被积极研究了几年。它们被认为是在IR范围内运行的有前途的材料，并且以提高的机械和热稳定性而闻名。

新材料具有1：1相体积比的交错结构。它的平均晶粒尺寸为250 nm，显微硬度超过11 GPa。陶瓷在红外范围内透射的光超过70％，波长高达6,000 nm。

该材料由Y2O3和MgO纳米粉制成，并具有受控的粒径。使用称为火花等离子体烧结的快速固结方法将粉末压实。该过程耗时8分钟，并且在1300℃的温度°和60MPa的压力下进行。这种方法帮助科学家抑制了扩散传质，并防止了超过临界尺寸（约400 nm）的晶粒生长。

“ Y2O3-MgO纳米复合材料的IR透明性随着烧结温度的升高而增加，并且最高值为1300-1,350C。°这是由于样品密度的增加，晶粒的生长以及晶界长度的减少所致。在较高的烧结温度下，系统的平衡发生变化，Y2O3和MgO晶粒的交错结构破裂，发生所谓的异常晶粒生长。” Denis Kosyanov总结道。

FEFU管理着一个材料优先项目和一个神经技术，VR和AR技术国家级技术计划中心（2018年10月16日批准的第1/1251/2018号）。这些领域的研究人员为用于微电子，照明技术和放射化学的多功能陶瓷材料开发了科学和技术基础。

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参考：N. A. Safronova，O. S. Kryzhanovska，M. V. Dobrotvorska，A. E. Balabanov，А.“烧结温度对Y2O3-MgO复合SPS陶瓷的结构和光学性能的影响”。V. Tolmachev，R。P. Yavetskiy，S。V. Parkhomenko，R。Ye。Brodskii，V。N. Baumer，D。Yu。Kosyanov，O.O.O.Shichalin，E.K.Papynov和Jiang Li，2019年11月18日，国际陶瓷展。
10.1016 / j.ceramint.2019.11.137

于瑜Kosyanov衷心感谢俄罗斯联邦科学和高等教育部（第3.2168.2017 / 4.6号赠款）。