中國(guó)粉體網(wǎng)訊 鎂鋁尖晶石多晶透明陶瓷由于具有高透光率、良好的機(jī)械性能以及較低的生產(chǎn)成本，在航空航天、軍事、激光、原子能及半導(dǎo)體等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
透明鎂鋁尖晶石物理性能
鎂鋁尖晶石粉體的制備
由于透明鎂鋁尖晶石陶瓷的透光性能對(duì)于燒結(jié)粉體的純度與粒度十分敏感，所以制備出高純、高燒結(jié)活性、成分均勻、粒徑分布窄、良好分散性和合理成本的鎂鋁尖晶石粉體十分重要。
高溫固相反應(yīng)合成法
固相反應(yīng)合成法是現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)鎂鋁尖晶石工藝成熟且適合大規(guī)模生產(chǎn)的方法。它利用高純的MgO和Al2O3粉體在高溫下直接通過(guò)固相反應(yīng)合成，當(dāng)合成溫度大于1600℃時(shí)得到微米級(jí)粉體，而合成溫度1450℃得到亞微米的尖晶石粉體。但由于這種方法合成的粉體粒徑分布很廣，不利于燒結(jié)活性。所以在使用之前經(jīng)過(guò)球磨，降低粉體粒徑分布。在通常情況下反應(yīng)生成尖晶石相時(shí)由于5-7%的體積膨脹導(dǎo)致固相反應(yīng)膨脹不完全。所以一般在生產(chǎn)過(guò)程中，在球磨處理后，還會(huì)將粉體進(jìn)行焙燒處理，該工藝簡(jiǎn)單，但是能耗大，在球磨過(guò)程中容易受到二次污染。
共沉淀法
共沉淀法是通過(guò)向混合金屬溶液中添加合適的沉淀劑，使所需要的成分均勻的沉淀下來(lái)，然后進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、干燥、煅燒處理，最終得到粉體的制備方法。該方法可以使各組分實(shí)現(xiàn)分子水平的均勻混合，有效降低煅燒溫度，從而實(shí)現(xiàn)超細(xì)、高燒結(jié)活性粉體的制備。此外，該方法還具有流程簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛的制備氧化物陶瓷粉體，如MgAl2O4、YAG、LuAG等。
溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法制備鎂鋁尖晶石通常使用金屬醇鹽，通過(guò)加入螯合劑，在一定溫度下經(jīng)陳化處理，使醇鹽通過(guò)水解、縮聚得到凝膠。再將凝膠經(jīng)過(guò)干燥得到納米MgAl2O4尖晶石前驅(qū)體粉末，經(jīng)過(guò)焙燒處理后即可得到納米尺度均勻性良好的鎂鋁尖晶石粉末。采用溶膠-凝膠法制備的粉體具有化學(xué)成分均勻、粒徑分布窄、比表面積大、易于制備多組分材料等優(yōu)點(diǎn)，但是溶膠在干燥過(guò)程中容易形成團(tuán)聚現(xiàn)象，嚴(yán)重的影響了粉體的燒結(jié)活性。
燃燒法
燃燒法是在制備時(shí)加入定量有機(jī)物，利用反應(yīng)物間燃燒的熱效應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生高溫來(lái)降低最后灼燒的溫度，同時(shí)有機(jī)物燃燒時(shí)產(chǎn)生大量氣體，可以減少粉體的團(tuán)聚從而降低粉體顆粒尺寸的一種粉體制備方法。燃燒法可以在短時(shí)間內(nèi)制備出超細(xì)、組成均勻的粉體，粉體具有很高的燒結(jié)活性。
醇鹽水解法
醇鹽水解法是一種通過(guò)金屬醇鹽水解來(lái)制備陶瓷粉體的濕化學(xué)方法。醇鹽是醇的羥基氫被金屬元素取代而生成的化合物的總稱(chēng)。金屬醇鹽遇水容易水解生成水合的氧化物或者氫氧化物，在適當(dāng)溫度下煅燒后可以得到高純的陶瓷粉體。金屬醇鹽水解法是制備納米粉體的有效方法，具有設(shè)備、流程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
鎂鋁尖晶石透明陶瓷的燒結(jié)
鎂鋁尖晶石由于自身較慢的物質(zhì)擴(kuò)散速率，難以實(shí)現(xiàn)完全致密化，因此需要采用高溫、高壓燒結(jié)方法制備透明陶瓷。目前，鎂鋁尖晶石透明陶瓷的燒結(jié)方法主要包括無(wú)壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)等。
無(wú)壓燒結(jié)
無(wú)壓燒結(jié)是陶瓷制備工藝中最基本的燒結(jié)方法，具有簡(jiǎn)單易行、成本低、適于大尺寸和復(fù)雜形狀樣品批量化制備等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，可以用空氣、真空和其他氣體氣氛進(jìn)行燒結(jié)，適用的材料體系比較廣。但是，鎂鋁尖晶石由于自身固有的性質(zhì)在燒結(jié)后期很難將氣孔完全排除，無(wú)法直接通過(guò)無(wú)壓燒結(jié)制備高光學(xué)質(zhì)量的透明陶瓷，通常需要與熱等靜壓燒結(jié)相結(jié)合以進(jìn)一步消除陶瓷內(nèi)部的殘余氣孔。
熱壓燒結(jié)
熱壓燒結(jié)是一種在加熱原料的同時(shí)施加軸向壓力的燒結(jié)技術(shù)。在粉料受熱膨脹軟化時(shí)，對(duì)粉料施加一外力，促進(jìn)了顆粒間的移動(dòng)和有效接觸，增加了傳質(zhì)動(dòng)力，從而可以降低燒結(jié)溫度、縮短燒結(jié)時(shí)間，并且可以抑制晶粒生長(zhǎng)，從而獲得具有良好性能的產(chǎn)品。但熱壓燒結(jié)制備樣品形狀單一，且生產(chǎn)效率比較低，制備成本高，樣品的光學(xué)均勻性差，難以實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。
熱等靜壓燒結(jié)
熱等靜壓燒結(jié)法采用高壓惰性氣體或氮?dú)庾鳛閴毫鬟f介質(zhì)，壓力更均勻，使加工產(chǎn)品具有高致密度和優(yōu)秀的均勻性。熱等靜壓燒結(jié)結(jié)合了熱壓燒結(jié)和無(wú)壓燒結(jié)的優(yōu)點(diǎn)，既可以促進(jìn)燒結(jié)致密化，抑制晶粒生長(zhǎng)，同時(shí)適合大尺寸、復(fù)雜形狀樣品的批量化制備。目前大部分鎂鋁尖晶石透明陶瓷是先通過(guò)熱壓燒結(jié)或者無(wú)壓燒結(jié)方法得到開(kāi)口氣孔率接近0的預(yù)燒體，然后利用熱等靜壓燒結(jié)消除殘余氣孔制備的。
放電等離子燒結(jié)
放電等離子燒結(jié)是利用脈沖電流瞬間放電產(chǎn)生大量的熱能使粉料燒結(jié)致密的。脈沖電流產(chǎn)生的等離子體和壓力的施加有利于降低粉末的燒結(jié)溫度，而低電壓和高電流的特征使粉末能夠快速燒結(jié)且致密，該技術(shù)廣泛用于制備透明陶瓷的研究。放電等離子燒結(jié)法具有升溫快，燒結(jié)時(shí)間短的特點(diǎn)，其缺點(diǎn)是制備的樣品尺寸小且形狀簡(jiǎn)單，由于升溫快，保溫時(shí)間較短，使氣孔的完全排除比較困難。
微波燒結(jié)
微波燒結(jié)是利用材料在微波電磁場(chǎng)中的介電損耗使陶瓷材料整體加熱到燒結(jié)溫度而實(shí)現(xiàn)致密化的快速燒結(jié)方法。它具有升溫速度快、保溫時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，可以有效抑制晶粒生長(zhǎng)，從而制備出高透過(guò)率、高強(qiáng)度的透明陶瓷材料。通過(guò)控制電場(chǎng)均勻性、陶瓷的介電和導(dǎo)熱性能可以保證樣品內(nèi)部的溫度均勻性，防止局部過(guò)熱現(xiàn)象的出現(xiàn)。
鎂鋁尖晶石透明陶瓷的應(yīng)用
鎂鋁尖晶石透明陶瓷的透光范圍涵蓋了紫外至中紅外波段，具有強(qiáng)度高、耐高溫、熱震性能優(yōu)異、耐酸堿腐蝕、耐砂雨蝕等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。鎂鋁尖晶石可以用作紫外光刻窗口和小型化透鏡，在可見(jiàn)光區(qū)域，鎂鋁尖晶石具有很高的透過(guò)率，同時(shí)具有低密度、高強(qiáng)度、批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，可以取代防彈玻璃、藍(lán)寶石單晶成為輕質(zhì)量、抗彈性能良好的裝甲材料。鎂鋁尖晶石相對(duì)于其它材料而言，透光波段涵蓋紫外和紅外波段，可以實(shí)現(xiàn)紫外/紅外雙模制導(dǎo)，同時(shí)可以在高溫等惡劣條件下保持良好的光學(xué)和力學(xué)性能，是紅外窗口和整流罩的理想候選材料。通過(guò)摻雜合適的稀土元素，鎂鋁尖晶石透明陶瓷可以用于白光LED和激光材料領(lǐng)域。此外，鎂鋁尖晶石透明陶瓷還可以做條形碼掃描器、手表、夜視系統(tǒng)和高溫護(hù)目鏡。
參考資料：
李俊逸.鎂鋁尖晶石透明陶瓷材料的制備及性能
馮垚.鎂鋁尖晶石透明陶瓷及玻璃陶瓷的制備和光學(xué)性能研究
韓丹.鎂鋁尖晶石透明陶瓷的制備與性能研究
付萍.尖晶石基透明陶瓷的制備及其光學(xué)、微波介電性能的研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除
