鎂(mei)鋁尖晶石多晶透(tou)明陶(tao)瓷由于具有高透(tou)光率、良(liang)好的(de)(de)機械(xie)性能以及較低(di)的(de)(de)生產成本(ben)，在航(hang)空航(hang)天(tian)、軍事、激光、原子能及半導體等(deng)工(gong)業中得到廣泛(fan)應(ying)用。

　　鎂鋁尖晶石(shi)粉體的制(zhi)備

　　由于透(tou)明鎂(mei)鋁(lv)尖(jian)晶石陶瓷(ci)的透(tou)光性(xing)能(neng)對于燒結(jie)粉(fen)體的純(chun)度與粒度十分(fen)(fen)敏(min)感，所以制(zhi)備出(chu)高純(chun)、高燒結(jie)活性(xing)、成(cheng)分(fen)(fen)均勻、粒徑分(fen)(fen)布窄、良好分(fen)(fen)散性(xing)和合理成(cheng)本(ben)的鎂(mei)鋁(lv)尖(jian)晶石粉(fen)體十分(fen)(fen)重(zhong)要(yao)。

　　高溫固相反應(ying)合成法(fa)

　　固相反(fan)應合(he)成法是現在(zai)(zai)工(gong)業(ye)生(sheng)(sheng)產(chan)鎂鋁尖(jian)晶石工(gong)藝成熟(shu)且適(shi)合(he)大(da)(da)規模生(sheng)(sheng)產(chan)的方法。它利用高純(chun)的MgO和(he)Al2O3粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)在(zai)(zai)高溫(wen)下直接通(tong)(tong)過固相反(fan)應合(he)成，當合(he)成溫(wen)度大(da)(da)于(yu)(yu)(yu)1600℃時(shi)得(de)到微(wei)(wei)米(mi)級粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)，而(er)合(he)成溫(wen)度1450℃得(de)到亞微(wei)(wei)米(mi)的尖(jian)晶石粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)。但由于(yu)(yu)(yu)這種方法合(he)成的粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)粒徑分(fen)布很廣，不利于(yu)(yu)(yu)燒結活性。所以在(zai)(zai)使用之前經過球(qiu)(qiu)(qiu)磨(mo)，降低粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)粒徑分(fen)布。在(zai)(zai)通(tong)(tong)常情況(kuang)下反(fan)應生(sheng)(sheng)成尖(jian)晶石相時(shi)由于(yu)(yu)(yu)5-7%的體(ti)(ti)積膨(peng)脹導致(zhi)固相反(fan)應膨(peng)脹不完(wan)全。所以一(yi)般在(zai)(zai)生(sheng)(sheng)產(chan)過程(cheng)中，在(zai)(zai)球(qiu)(qiu)(qiu)磨(mo)處理(li)后，還(huan)會(hui)將粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)進行焙(bei)燒處理(li)，該(gai)工(gong)藝簡單，但是能耗大(da)(da)，在(zai)(zai)球(qiu)(qiu)(qiu)磨(mo)過程(cheng)中容易受到二(er)次污染。

　　共沉淀法

　　共(gong)沉淀法是(shi)通(tong)過(guo)向混合金屬溶液中添加(jia)合適的(de)沉淀劑(ji)，使所需要(yao)的(de)成(cheng)分均(jun)勻(yun)的(de)沉淀下來(lai)，然后進行過(guo)濾(lv)、洗(xi)滌、干燥(zao)、煅(duan)燒(shao)處理(li)，最(zui)終得到粉體的(de)制(zhi)備(bei)方(fang)法。該方(fang)法可以使各(ge)組(zu)分實(shi)現分子水平的(de)均(jun)勻(yun)混合，有效降低煅(duan)燒(shao)溫(wen)度，從而實(shi)現超細、高燒(shao)結活性粉體的(de)制(zhi)備(bei)。此外，該方(fang)法還具(ju)有流程簡單、成(cheng)本低等(deng)優點(dian)，可以廣泛的(de)制(zhi)備(bei)氧化物(wu)陶瓷粉體，如MgAl2O4、YAG、LuAG等(deng)。

　　溶膠-凝膠法

　　溶(rong)(rong)(rong)膠-凝(ning)(ning)膠法(fa)(fa)制備(bei)鎂鋁尖晶石(shi)通常使用金屬醇鹽，通過加入螯合劑(ji)，在(zai)一定溫(wen)度下經(jing)陳化處理，使醇鹽通過水解、縮聚(ju)得到凝(ning)(ning)膠。再將(jiang)凝(ning)(ning)膠經(jing)過干燥得到納米MgAl2O4尖晶石(shi)前驅體粉末，經(jing)過焙燒(shao)處理后即可得到納米尺度均勻性良好的(de)(de)(de)鎂鋁尖晶石(shi)粉末。采(cai)用溶(rong)(rong)(rong)膠-凝(ning)(ning)膠法(fa)(fa)制備(bei)的(de)(de)(de)粉體具有化學成分(fen)均勻、粒徑分(fen)布(bu)窄、比表面積大、易(yi)于制備(bei)多組分(fen)材料等優點，但是溶(rong)(rong)(rong)膠在(zai)干燥過程中(zhong)容易(yi)形成團聚(ju)現象(xiang)，嚴重的(de)(de)(de)影響了粉體的(de)(de)(de)燒(shao)結活性。

　　燃燒法

　　燃(ran)(ran)燒法是在(zai)制(zhi)(zhi)備(bei)時(shi)(shi)加入定(ding)量有機(ji)物，利用反應物間燃(ran)(ran)燒的(de)(de)熱(re)效應在(zai)短(duan)時(shi)(shi)間內產生(sheng)高溫來降低最后(hou)灼燒的(de)(de)溫度(du)，同時(shi)(shi)有機(ji)物燃(ran)(ran)燒時(shi)(shi)產生(sheng)大量氣體(ti)(ti)，可以減少粉體(ti)(ti)的(de)(de)團聚(ju)從而(er)降低粉體(ti)(ti)顆粒尺寸的(de)(de)一種粉體(ti)(ti)制(zhi)(zhi)備(bei)方(fang)法。燃(ran)(ran)燒法可以在(zai)短(duan)時(shi)(shi)間內制(zhi)(zhi)備(bei)出(chu)超細、組成均勻(yun)的(de)(de)粉體(ti)(ti)，粉體(ti)(ti)具有很高的(de)(de)燒結活性(xing)。

　　醇鹽水解法

　　醇鹽水(shui)解法(fa)是一種通過金屬(shu)醇鹽水(shui)解來制備陶瓷粉體的(de)(de)濕化(hua)學方(fang)法(fa)。醇鹽是醇的(de)(de)羥(qian)基(ji)氫(qing)被金屬(shu)元素取代(dai)而生(sheng)成(cheng)的(de)(de)化(hua)合(he)物的(de)(de)總(zong)稱。金屬(shu)醇鹽遇水(shui)容易水(shui)解生(sheng)成(cheng)水(shui)合(he)的(de)(de)氧化(hua)物或(huo)者氫(qing)氧化(hua)物，在(zai)適當溫度下煅燒后可以得到高純的(de)(de)陶瓷粉體。金屬(shu)醇鹽水(shui)解法(fa)是制備納米(mi)粉體的(de)(de)有效方(fang)法(fa)，具有設(she)備、流程(cheng)簡單等優點(dian)。

　　鎂鋁尖晶石透明陶(tao)瓷的燒結

　　鎂鋁(lv)(lv)尖晶石由于自身較慢的(de)物質(zhi)擴散(san)速率，難以實現完全(quan)致密化(hua)，因此(ci)需要采用(yong)高溫、高壓燒(shao)結(jie)方(fang)法制備透明(ming)陶瓷(ci)。目前，鎂鋁(lv)(lv)尖晶石透明(ming)陶瓷(ci)的(de)燒(shao)結(jie)方(fang)法主要包括無壓燒(shao)結(jie)、熱(re)壓燒(shao)結(jie)、熱(re)等靜壓燒(shao)結(jie)、放(fang)電等離子燒(shao)結(jie)等。

　　無壓燒結

　　無(wu)壓燒(shao)結是(shi)陶瓷(ci)制備工藝中最(zui)基(ji)本(ben)的(de)(de)燒(shao)結方(fang)法，具(ju)有簡單易行、成本(ben)低、適(shi)于大尺寸和(he)復雜形狀樣品批量(liang)化制備等優點。同時，可(ke)以用空氣(qi)、真空和(he)其(qi)他氣(qi)體(ti)氣(qi)氛進行燒(shao)結，適(shi)用的(de)(de)材料體(ti)系比較廣。但是(shi)，鎂鋁尖(jian)晶石由于自身(shen)固有的(de)(de)性質在燒(shao)結后期(qi)很難(nan)將(jiang)氣(qi)孔完全排除，無(wu)法直接通(tong)過無(wu)壓燒(shao)結制備高光學質量(liang)的(de)(de)透明(ming)陶瓷(ci)，通(tong)常需要與熱等靜壓燒(shao)結相結合以進一(yi)步消除陶瓷(ci)內部的(de)(de)殘余(yu)氣(qi)孔。

　　熱壓燒結

　　熱壓燒結是(shi)一(yi)種在加(jia)熱原料的同時(shi)施(shi)加(jia)軸(zhou)向(xiang)壓力的燒結技術。在粉料受(shou)熱膨脹軟化時(shi)，對粉料施(shi)加(jia)一(yi)外力，促進了顆粒間的移動(dong)和(he)有(you)效(xiao)(xiao)接(jie)觸，增加(jia)了傳質動(dong)力，從而(er)可(ke)以(yi)降低(di)燒結溫(wen)度(du)、縮短燒結時(shi)間，并且可(ke)以(yi)抑制晶粒生(sheng)長(chang)，從而(er)獲得具有(you)良好性(xing)能的產(chan)品(pin)。但熱壓燒結制備樣品(pin)形狀單(dan)一(yi)，且生(sheng)產(chan)效(xiao)(xiao)率比較低(di)，制備成本高，樣品(pin)的光(guang)學均勻性(xing)差，難以(yi)實(shi)現(xian)批量化生(sheng)產(chan)。

　　熱等靜壓燒結

　　熱(re)(re)等靜壓(ya)(ya)燒(shao)(shao)結(jie)法(fa)(fa)采用高壓(ya)(ya)惰性氣(qi)(qi)體或氮(dan)氣(qi)(qi)作為(wei)壓(ya)(ya)力(li)(li)傳遞介質，壓(ya)(ya)力(li)(li)更均勻，使加工產品具有高致密(mi)度(du)和優秀的(de)均勻性。熱(re)(re)等靜壓(ya)(ya)燒(shao)(shao)結(jie)結(jie)合了(le)熱(re)(re)壓(ya)(ya)燒(shao)(shao)結(jie)和無壓(ya)(ya)燒(shao)(shao)結(jie)的(de)優點，既可以促進燒(shao)(shao)結(jie)致密(mi)化(hua)，抑制晶粒生長，同時適合大尺寸、復(fu)雜形(xing)狀樣品的(de)批量化(hua)制備。目前大部分鎂鋁(lv)尖晶石透明陶瓷是先通過熱(re)(re)壓(ya)(ya)燒(shao)(shao)結(jie)或者無壓(ya)(ya)燒(shao)(shao)結(jie)方法(fa)(fa)得(de)到(dao)開口氣(qi)(qi)孔率接近0的(de)預燒(shao)(shao)體，然(ran)后(hou)利用熱(re)(re)等靜壓(ya)(ya)燒(shao)(shao)結(jie)消除(chu)殘余氣(qi)(qi)孔制備的(de)。

　　放電等離子燒結

　　放電(dian)等(deng)離子(zi)燒(shao)結(jie)是利(li)用脈沖(chong)電(dian)流瞬間放電(dian)產生大量的(de)熱能(neng)使粉料(liao)燒(shao)結(jie)致密的(de)。脈沖(chong)電(dian)流產生的(de)等(deng)離子(zi)體(ti)和壓(ya)力的(de)施(shi)加(jia)有利(li)于降低(di)粉末的(de)燒(shao)結(jie)溫(wen)度，而(er)低(di)電(dian)壓(ya)和高電(dian)流的(de)特(te)征使粉末能(neng)夠快速燒(shao)結(jie)且致密，該技術廣泛用于制(zhi)備(bei)透明陶瓷的(de)研究。放電(dian)等(deng)離子(zi)燒(shao)結(jie)法(fa)具有升溫(wen)快，燒(shao)結(jie)時間短(duan)的(de)特(te)點，其缺(que)點是制(zhi)備(bei)的(de)樣(yang)品(pin)尺寸小且形狀簡(jian)單(dan)，由(you)于升溫(wen)快，保溫(wen)時間較(jiao)短(duan)，使氣孔的(de)完全排除比較(jiao)困難(nan)。

　　微波燒結

　　微波(bo)燒(shao)結是利用材(cai)(cai)料(liao)在微波(bo)電磁場中的介電損(sun)耗使陶瓷(ci)材(cai)(cai)料(liao)整體加(jia)熱(re)到燒(shao)結溫(wen)度而實(shi)現(xian)(xian)致密化的快速(su)(su)燒(shao)結方法。它具有升溫(wen)速(su)(su)度快、保溫(wen)時(shi)間短等優點，可(ke)(ke)以有效抑制晶(jing)粒生(sheng)長，從而制備出高透(tou)過率、高強(qiang)度的透(tou)明(ming)陶瓷(ci)材(cai)(cai)料(liao)。通過控制電場均勻(yun)性(xing)、陶瓷(ci)的介電和導熱(re)性(xing)能可(ke)(ke)以保證(zheng)樣品(pin)內部的溫(wen)度均勻(yun)性(xing)，防止局(ju)部過熱(re)現(xian)(xian)象的出現(xian)(xian)。

　　鎂鋁尖晶石透明陶瓷的應用

　　鎂(mei)(mei)鋁尖(jian)晶(jing)(jing)石(shi)透(tou)(tou)明(ming)(ming)陶瓷(ci)的(de)透(tou)(tou)光(guang)(guang)范圍(wei)涵(han)(han)蓋了紫外至(zhi)中(zhong)紅外波段(duan)，具(ju)有強度高、耐高溫、熱震性能(neng)優(you)異、耐酸堿腐蝕(shi)、耐砂(sha)雨(yu)蝕(shi)等優(you)點，可(ke)以廣泛應用(yong)于諸多(duo)領(ling)域。鎂(mei)(mei)鋁尖(jian)晶(jing)(jing)石(shi)可(ke)以用(yong)作(zuo)紫外光(guang)(guang)刻(ke)窗(chuang)口和小型化透(tou)(tou)鏡，在可(ke)見光(guang)(guang)區(qu)域，鎂(mei)(mei)鋁尖(jian)晶(jing)(jing)石(shi)具(ju)有很(hen)高的(de)透(tou)(tou)過率，同(tong)時(shi)具(ju)有低密度、高強度、批量(liang)生產(chan)等優(you)點，可(ke)以取(qu)代防彈玻璃(li)、藍寶石(shi)單(dan)晶(jing)(jing)成(cheng)為輕(qing)質量(liang)、抗彈性能(neng)良(liang)好(hao)的(de)裝甲材(cai)料(liao)。鎂(mei)(mei)鋁尖(jian)晶(jing)(jing)石(shi)相對(dui)于其它材(cai)料(liao)而(er)言，透(tou)(tou)光(guang)(guang)波段(duan)涵(han)(han)蓋紫外和紅外波段(duan)，可(ke)以實現(xian)紫外/紅外雙(shuang)模制導，同(tong)時(shi)可(ke)以在高溫等惡劣條(tiao)件(jian)下保(bao)持(chi)良(liang)好(hao)的(de)光(guang)(guang)學和力學性能(neng)，是紅外窗(chuang)口和整流罩的(de)理想(xiang)候選材(cai)料(liao)。通過摻(chan)雜合適的(de)稀土元素，鎂(mei)(mei)鋁尖(jian)晶(jing)(jing)石(shi)透(tou)(tou)明(ming)(ming)陶瓷(ci)可(ke)以用(yong)于白(bai)光(guang)(guang)LED和激光(guang)(guang)材(cai)料(liao)領(ling)域。此外，鎂(mei)(mei)鋁尖(jian)晶(jing)(jing)石(shi)透(tou)(tou)明(ming)(ming)陶瓷(ci)還可(ke)以做條(tiao)形碼掃(sao)描器、手表、夜視系(xi)統和高溫護(hu)目鏡。

　　參考資料：

　　李俊逸.鎂鋁尖(jian)晶石透(tou)明陶(tao)瓷材料的制備及性能

　　馮垚(yao).鎂鋁尖(jian)晶石透明陶(tao)瓷(ci)及玻璃(li)陶(tao)瓷(ci)的制備和(he)光學(xue)性能研(yan)究

　　韓(han)丹.鎂(mei)鋁尖(jian)晶石透明陶(tao)瓷的制備與(yu)性(xing)能(neng)研究

　　付萍.尖(jian)晶石(shi)基透明陶瓷(ci)的制備及其光學、微波介電性(xing)能的研(yan)究

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