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關于氧化鋯透明陶瓷目前研究較少，首先，由于完全致密的氧化鋯陶瓷的燒結(jié)溫度高，因此制備氧化鋯透明陶瓷仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

再者，ZrO₂熔點高達2715℃，純ZrO₂常溫下為單斜相，而只有立方相結(jié)構(gòu)才不存在光學各向異性，因而立方相更適合制備透明陶瓷，故一般需要采用穩(wěn)定劑如Y₂O₃將其穩(wěn)定到立方相，即目前關于氧化鋯透明陶瓷的研究主要是針對釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷，即YSZ透明陶瓷。

YSZ透明陶瓷的應用

YSZ透明陶瓷在可見光波段的折射率高達2.16，折射率高于傳統(tǒng)的光學玻璃和光學樹脂，用于制作光學鏡頭，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)碼設備的小型化。YSZ透明陶瓷在可見光和中紅外擁有良好的透過率，其透過波段為0.25~7.5μm，而且耐磨損、耐酸堿腐蝕、耐雨水侵蝕，是透明裝甲、紅外窗口和整流罩的理想候選材料，其主要應用如下圖所示。

YSZ透明陶瓷的應用前景：光學鏡頭、透明陶瓷裝甲和整流罩

YSZ透明陶瓷的研究進展

國外方面

1986年，日本東曹公司的Tsukuma等以日本東曹商業(yè)8YSZ粉體為原料，以TiO₂作為燒結(jié)助劑，通過空氣預燒結(jié)合熱等靜壓（HIP）燒結(jié)，制備出世界上第一塊YSZ透明陶瓷。

日本東曹公司制備的8YSZ透明陶瓷樣品的實物照片

2008年Tsukuma等改進了HIP技術(shù)，制備出直線透過率在可見光波段與單晶相近的YSZ透明陶瓷，發(fā)現(xiàn)具有細晶粒和晶間氣孔的預燒體在HIP處理后可獲得更佳的光學質(zhì)量。2009年德國Schott AG公司以TiO₂為燒結(jié)助劑，采用真空燒結(jié)結(jié)合HIP技術(shù)制備了YSZ透明陶瓷并對其光學性能進行了表征，根據(jù)TiO₂摻雜含量不同，陶瓷折射率在2.1到2.2之間，同時發(fā)現(xiàn)加入TiO₂會使陶瓷樣品顏色變黃而且會產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，在TiO₂含量一定時，通過增加Y₂O₃含量可以有效降低樣品中心的雙折射效應。

YSZ陶瓷物實物照片和透過率曲線

為了獲得細晶粒的YSZ透明陶瓷，2010年日本材料科學研究所的Zhang等以商業(yè)8YSZ粉體為原料，采用SPS燒結(jié)方式制備了8YSZ透明陶瓷，陶瓷晶粒尺寸為納米級，并探究了SPS工藝條件對材料性能的影響，發(fā)現(xiàn)YSZ陶瓷透過率隨保溫時間和溫度升高而降低，原因是在還原氣氛燒結(jié)過程中形成了氧空位。2011年Zhang等進一步研究發(fā)現(xiàn)氧空位和殘余氣孔是導致8YSZ透明陶瓷光學質(zhì)量不佳的主要原因，而氧化氣氛退火處理可以減少氧空位從而提升陶瓷的光學質(zhì)量。

2018年，日本東曹公司的Watanabe等以日本東曹商業(yè)8YSZ粉體為原料，研究了預燒過程中升溫速率和保溫時間對HIP后陶瓷的晶粒尺寸和光學質(zhì)量的影響，1.0mm厚的8YSZ透明陶瓷在550nm處的直線透過率達到65%，同時抗彎強度達到454MPa。2019年，魯汶大學的Dash等以日本東曹商業(yè)8YSZ和3YSZ兩種粉體為原料，通過SPS結(jié)合HIP后處理制備了細晶粒的復相YSZ透明陶瓷，研究了8YSZ和3YSZ的不同含量對陶瓷微觀結(jié)構(gòu)、斷裂韌性和可見及紅外波段透過率的影響，隨著3YSZ含量的增加，YSZ復相透明陶瓷的斷裂韌性在1.25-3.0MPa·m^1/2之間線性變化，但1.0mm厚的陶瓷在可見光范圍（400-800nm）的總透過率低于60%。

國內(nèi)方面

目前，我國在透明陶瓷領域的研究還相對落后，上海硅酸鹽研究所在該領域的貢獻較大，東北大學、南昌航空大學、天津大學、上海大學等單位也逐漸在該領域開展了一系列研究工作。2011年LiwenLei等人通過甘氨酸-硝酸鹽法并經(jīng)高能球磨制備出了高燒結(jié)活性的納米立方氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（ZrO2-8mol％Y₂O₃）粉末，通過使用SPS在1200-1350℃持續(xù)燒結(jié)5分鐘，制備出了立方氧化鋯透明陶瓷，但在可見光范圍內(nèi)透光率較低。ZhangHB等用高壓SPS在1000-1200℃制備出了半透明的立方氧化鋯陶瓷，樣品的直線透光率主要受色心的影響。天津大學余芬采用空氣氣氛燒結(jié)制備出來氧化鋯透明陶瓷透光率只有10%左右。近年來，透明陶瓷研究中心李江研究員團隊深入開展了氧化鋯透明陶瓷的研究工作，并取得了系列研究進展。該團隊以商業(yè)8YSZ粉體為原料，系統(tǒng)研究了預燒溫度對陶瓷內(nèi)部氣孔和晶粒尺寸的影響，結(jié)合熱等靜壓燒結(jié)制備出了兼具光學透過率和力學性能的氧化鋯透明陶瓷。隨著熱等靜壓燒結(jié)的溫度從1350℃升高至1550℃，陶瓷在800nm處的直線透過率從65.3%升高至74.2%，平均晶粒尺寸從2.4μm增大至16.3μm，抗彎強度從328±20MPa降低至289±19MPa。

參考來源：

[1]王倩.著色離子摻雜釔穩(wěn)定氧化鋯透明陶瓷的制備與性能研究

[2]陳鵬輝.釔穩(wěn)定氧化鋯透明陶瓷的制備與性能研究

[3]羅軍明.ZrO₂基透明陶瓷的制備及其發(fā)光性能研究

[4]中國科學院上海硅酸鹽研究所

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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