Ba(Mg,Zr,Ta)O3透明陶瓷的制备及其微结构控制研究

Transparent ceramics is one of the most important field of research and development of inorganic materials. Its extensive application in high-tech fields, such as high-pressure sodium lamp, ceramic metal halide lamp, ceramic scintillator and ceramic laser, is based on its combined properties, high temperature resistance, erosion resistance, excellent optical properties. Ba(Mg,Zr,Ta)O3 transparent ceramics is a novel transparent ceramics with refractive index of 2.0, and visible transmittance of 80%, which compensate for the defect of optical glass lens. The research studies the synthesis of high purity, well-dispersed fine Ba(Mg,Zr,Ta)O3 powder with cubic structure by EDTA gelation; the dispersion and suspending conditions of fine Ba(Mg,Zr,Ta)O3 powder; the formation of pore-free, fine-grained microstructure of Ba(Mg,Zr,Ta)O3 transparent ceramics by oxygen atmosphere sintering technique. It is clarified the rule of the microstructure with the optical properties of transparent ceramics.

多晶透明陶瓷是近几年来无机材料的一个重要研究方向。透明陶瓷的特殊功能, 如耐高温、耐腐蚀、优异的光学性能, 使其在一些高新技术领域得到了广泛的应用，如高压钠灯、陶瓷金属卤化物灯、陶瓷闪烁体和激光陶瓷等。Ba(Mg,Zr,Ta)O3透明陶瓷是一种新型高折射率透明陶瓷材料，其折射率可达到2.0以上，光学透过率在80%，可弥补传统光学透镜材料-玻璃光学性能的不足。本课题通过乙二胺四乙酸凝胶法研究高纯度、小粒径且易分散的立方结构Ba(Mg,Zr,Ta)O3粉体的制备；超细Ba(Mg,Zr,Ta)O3粉体的分散与稳定条件；氧气烧结技术实现Ba(Mg,Zr,Ta)O3陶瓷无气孔细晶粒显微结构的相关科学问题，掌握Ba(Mg,Zr,Ta)O3透明陶瓷的关键制备技术，阐明显微结构与透明陶瓷光学性能之间的相互作用规律。

多晶透明陶瓷是近几年来无机材料的一个重要研究方向。透明陶瓷的特殊性能, 如耐高温、耐磨、耐腐蚀、高强度、高硬度、优异的光学性能（高折射率、高透光率）等, 使其在一些高新技术领域得到了广泛的应用，如高压钠灯、陶瓷金属卤化物灯、陶瓷闪烁体和激光陶瓷等。Ba(Mg,Zr,Ta)O3透明陶瓷是一种新型高折射率透明陶瓷材料，其折射率可达到2.0以上，光学透过率在60~70%。本项目采用固相反应法和湿化学法研究高纯度、易分散、具有良好烧结性能的立方结构Ba(Mg,Zr,Ta)O3粉料的制备及氧气烧结技术实现Ba(Mg,Zr,Ta)O3陶瓷细晶粒显微结构的相关科学问题，认识到（1）当Zr4+添加量为10mol%时，Ba(Mg0.3Zr0.1Ta0.6)O3粉料呈现立方晶体结构；（2）固相反应法陶瓷粉料合成温度高，颗粒较粗，粉料堆积密度较低以致陶瓷烧结温度高达1650℃，而湿化学法陶瓷粉料合成温度低、颗粒细、粉料堆积密度高且陶瓷烧结温度低至1450℃；（3）湿化学法制备Ba(Mg0.3Zr0.1Ta0.6)O3陶瓷烧结温度低、晶粒细、致密度高，以致其光学透过率及抗弯强度均优于固相反应法制备的样品。通过本项目掌握了Ba(Mg,Zr,Ta )O3透明陶瓷的关键制备技术，验证课题分析并认识显微结构与透明陶瓷光学性能的相互作用规律。