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上海硅酸盐所成功研制出大尺寸和复杂形状透明陶瓷
2017-09-08 16:25:21 | 【 【打印】【关闭】

钇铝石榴石(YAG)、氧化钇(Y2O3)等透明陶瓷是重要的激光基质材料,同时,它在可见-中红外波段透过率高,是高温窗口或中红外光学窗口、半球形整流罩的重要候选材料。此外,它们还具有极佳的抗等离子体侵蚀性能,在半导体刻蚀装备中具有重要的应用价值。最近,中科院上海硅酸盐研究所结构陶瓷中心透明陶瓷课题组在大尺寸和复杂形状的YAG和Y2O3透明陶瓷的研究上取得重要进展。由王士维研究员带领的研究团队通过粉体合成、烧结助剂选择、以及成型和烧结工艺的优化,制备出了高质量的大尺寸和复杂形状的YAG和Y2O3透明陶瓷。

在YAG透明陶瓷方面,采用冷等静压成型工艺,成功制备出直径达235mm、厚度7.5mm的YAG透明陶瓷圆板,在400nm和1100nm处的直线透过率分别达80%和83%,光学质量优异(图1所示)。这是目前采用单晶生长方法无法达到的大尺寸,也是国际上公开报道的最大尺寸的、高光学质量的YAG透明陶瓷。通过近净尺寸成型工艺,分别制备出高光学质量的、直径达85mm和210mm的YAG透明陶瓷球罩样品(图2所示)。YAG透明陶瓷具有优异的机械性能,其抗弯强度高达350MPa,其红外截止波长优于蓝宝石单晶。上述研究,国际上未见类似报道,填补了我国在YAG透明陶瓷光窗/头罩研究方面的空白。

图1 直径达235mm、厚度7.5mm的YAG透明陶瓷圆板及其透过率曲线

 

图2 直径85mm和210mm的YAG透明陶瓷头罩

在Y2O3透明陶瓷研究过程中,分别通过胶态成型工艺和冷等静压工艺,制备出多种规格和尺寸的高光学质量透明陶瓷样品,部分规格已经实现小批量制备。图3所示为所制备的Y2O3透明陶瓷球罩和平板样品的实物照片,图4所示为它们在可见和近红外波段的光学透过率。所制备的Y2O3透明陶瓷在紫外、可见和中红外波段均具有优异的光学透过性能,其红外截止波长长达8.0µm,即使在6.0µm波长,其3mm厚度样品的光学透过率仍然保持在80%以上。Y2O3透明陶瓷在中红外波段具有非常低的红外发射率,可用于对红外发射率要求苛刻的光窗/头罩领域。

图3 所制备的Y2O3透明陶瓷平板(左)和球罩样品(右)

图4 Y2O3透明陶瓷从紫外到中红外的透过率曲线

该课题组近年相继发表的与YAG和Y2O3透明陶瓷研究相关方面的论文主要有:Materials Research Bulletin, 2011, 46:170-174;Optical Materials, 2012, 34:973-976;Ceramics International, 2012, 38:2529-2535;International Journal of Applied Ceramic Technology, 2013, 10:123-128;Journal of European Ceramic Society, 2010, 30:2139-2143等。

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