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      上硅所李江團隊氧化鋯透明陶瓷研究取得最新進展
      2022年06月23日 發布 分類:技術前沿 點擊量:60
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      近日,中科院上硅所透明陶瓷研究中心李江研究員率領研究團隊在氧化鋯透明陶瓷研究方向取得系列進展。其中包括,以商業8YSZ(釔穩定氧化鋯)粉體為原料,系統研究了預燒溫度對陶瓷內部氣孔和晶粒尺寸的影響,結合熱等靜壓燒結制備出了兼具光學透過率和力學性能的氧化鋯透明陶瓷;李江團隊與江蘇大學材料學院劉強教授合作開展了關于彩色氧化鋯透明陶瓷的研究工作,并取得了研究進展。

      上述成果分別發表于先進陶瓷期刊(Journal of Advanced Ceramics),論文地址:doi:10.1007/s40145-022-0602-6;無機材料學報(Journal of InorganicMaterials),論文地址:DOI:10.15541/jim20220025

      氧化鋯透明陶瓷研究

      (a)氧化鋯陶瓷預燒體和(b)氧化鋯透明陶瓷的SEM微觀形貌,氧化鋯透明陶瓷(厚度4.0mm)的(c)實物圖和(d)直線透過率曲線

      李江團隊以商用8YSZ粉末為原料,通過空氣預燒結和熱等靜壓(HIP)制備了具有高光學和機械性能的細晶粒8mol%氧化釔穩定氧化鋯(8YSZ)透明陶瓷。具有細晶粒和適當相對密度的預燒結陶瓷對于在較低溫度下進行HIP后處理后實現高透明度和抑制晶粒尺寸起著關鍵作用。隨著HIP溫度從1350升高到1550℃,8YSZ陶瓷在600nm處的在線透射率從56.9%提高到71.5%(厚度2.5mm),平均晶粒尺寸從2.4提高到16.3μm。8YSZ透明陶瓷的相應抗彎強度從328±20降低到289±19MPa,硬度(H)從12.9±0.1降低到12.5±0.2GPa,斷裂韌性(KIC)從1.30±0.02下降到1.26±0.03MPa·m1/2。進行了系統研究,研究了8YSZ陶瓷中高光學透明度和優異機械性能的結合。

      同時,該團隊以成本低、來源廣的ZrOCl2·8H2O和Y(NO3)3為原料,NH3·H2O為沉淀劑,采用共沉淀法合成了Y0.16Zr0.84O1.92納米粉體,并通過空氣預燒結合熱等靜壓燒結技術成功制備出了直線透過率達到65.3%@800nm的氧化鋯透明陶瓷。該研究團隊接著調控共沉淀工藝中滴定終點的pH值來優化納米粉體的分散性和燒結活性,并將氧化鋯透明陶瓷的光學透過率提升至67.8%@800nm。該團隊又通過優化預燒溫度來提高氧化鋯透明陶瓷的光學透過率。結果表明,1300℃空氣預燒結合熱等靜壓燒結技術制備的氧化鋯透明陶瓷具有更好的光學質量,其直線透過率達到72.4%@800nm

      紅色氧化鋯透明陶瓷的實物圖和直線透過率曲線

      紅色氧化鋯透明陶瓷的實物圖和直線透過率曲線

      將稀土氧化物或過渡金屬氧化物作為著色劑摻入陶瓷中,可以制備出顏色鮮艷、折射率高、理化性能穩定、力學性能優異和無毒等特性的彩色氧化鋯透明陶瓷,克服了彩色氧化鋯單晶極高的制備溫度下著色劑嚴重揮發的難題。目前國內外對氧化鋯透明陶瓷研究主要集中于無色或淡黃色上,因此對氧化鋯透明陶瓷顏色研究以及開發具有重要科學意義和應用價值。該團隊以商業8YSZ粉體和CeO2粉體為原料,采用固相混合著色法結合兩步燒結技術制備了直線透過率為70.7%@700nm,紅色度a*為57.1的彩色氧化鋯透明陶瓷。該紅色氧化鋯透明陶瓷制備技術可有效避免著色劑的揮發。為提高紅色陶瓷的著色均勻性,研究團隊采用共沉淀法合成了均勻摻雜的Ce:8YSZ納米粉體,并通過兩步燒結技術制備了直線透過率為47.6%@700nm,紅色度為52.0的氧化鋯透明陶瓷。該類紅色氧化鋯透明陶瓷的成功制備,可以拓寬氧化鋯陶瓷在濾光片、信號燈罩等領域的應用。


      參考來源:上硅所

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