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1武汉理工大学材料科学与工程学院材料先进制备技术论文MgAl2O4透明陶瓷材料及其制备技术研究进展评述MgAl2O4Transparent ceramic material and preparation progress in technology research 学生姓名 张舟 学 号 1409721300064专业班级 科硕1304指导教师 2013年12月23武汉理工大学材料科学与工程学院材料先进制备技术论文 摘 要MgAl2O4透明陶瓷材料不但具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗冲击、高硬度、高强度、良好的电绝缘性能等陶瓷的特点,而且还具有与白宝石单晶体相近的光学性能,在紫外、可见光、红外光波段具有良好的光学透过率,但由于制备高性能的透明尖晶石陶瓷的成本仍比较高,其应用主要集中在军用领域以及性能要求比较高的航空航天领域,如:高强度、大尺寸透明陶瓷制品在透明装甲、窗口和头罩材料的应用。近年来,人们在改进材料性能、稳定生产、降低成本方面做了许多努力，以求扩大它们在材料领域的科学研究和应用方面。本文主要介绍了该材料的制备工艺进展。关键词：透明陶瓷；MgAl2O4；制备工艺第1章 前言1.1 透明陶瓷材料简介自从第一块透明A12O3陶瓷“Lucalox”问世以来，透明陶瓷经过几十年的发展，人们对于这种材料研究的热情始终不减。到20世纪末，随着科学技术的进步和发展，激光陶瓷得到了迅猛发展，与此同时也带动了人们对其他透明陶瓷材料的研究热情。透明陶瓷目前尚无确切的定义，但是有些学者曾经概括为：无机粉末经过烧结成陶瓷后，有一定的透明度，当1mm厚的抛光材料放在有文字的纸上时，可透过它读出文字，其透光率大于40，称其为透明陶瓷。一般的陶瓷材料是不透明的，其原因是非等轴(立方)晶系的多晶晶粒在排列取向上的随机性，导致晶粒间折射系数不连续，以及晶界效应、气孔等引起的散射等原因所致。在制备透明陶瓷时，通过采用高纯、超细的原料，掺入尽可能少的添加剂和工艺上的严格控制，将气孔和杂质充分排除并且适当控制晶粒尺寸，使制品尽量接近于理论密度，从而制备出透明陶瓷1。透明陶瓷的特殊功能与先进陶瓷固有的一些特性，如耐高温、耐磨、耐腐蚀、高强度、高硬度等相结合，使其在高技术和国防等领域的应用日益广泛。透明陶瓷同单晶相比有不少优点，如可均匀地掺杂较高浓度的激活离子，制备工艺简单、成本低，可以制备大尺寸样品等，使透明陶瓷成为当前的研究热点。透明陶瓷是在纳米材料科学与技术和先进陶瓷制备科学发展的基础上，集结构与功能一体化于一身的重要材料, 是无机材料研究与发展的重要方向之一。目前，世界各国在透明陶瓷领域进行了大量的研究工作，经过几十年的努力，已经制备得到了一系列的透明陶瓷。透明陶瓷材料主要分为氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷两类。常见的氧化物透明陶瓷有Y2O3，MgO，CaO，TiO2，BeO，ZrO2，ThO2等，现已得到了充分的发展应用。 对非氧化物透明陶瓷的研究是从20世纪80年代开始的。由于非氧化物透明陶瓷具有较低的烧结活性、自身含有过多的杂质元素(如氧等)，非氧化物透明陶瓷的制备比氧化物透明陶瓷的制备困难得多。常见的非氧化物透明陶瓷有：A1N，ZnS，ZnSe，MgF2，CaF2，YAG，Sialon，(Y,Gd)2O3，Eu(YGO)等2-3。陶瓷是一种多晶的无机材料，陶瓷中存在大量的气孔、杂质、晶界等缺陷，这些缺陷造成对光线强的散射和折射。因此，通常陶瓷是不透明的。光通过物体时必然会产生反射、折射、散射和透过等一系列现象对于多晶陶瓷来说，由于存在大量晶界和各种缺陷，对光的散射和双折射现象特别严重，因此大部分多晶陶瓷是不透明的图1列出光在多晶体中传播过程的示意图光在气孔周围产生大量散射，在晶界上产生折射和漫散射，对于非立方晶系这种现象更为严重，因此大部分透明陶瓷常选用具有立方结构的材料以提高透明度通常采用真实直线透过率RIT(real inline transmission)来定量表征描述材料透明度拉采用光通过一狭窄孔径的光强度来表征这一指标，理论最大透过率Tmax。可以由公式：来计算，其中R为总反射率对于高度透明材料：，为比反射，大小取决于折射率n；而对于低透明材料，忽略多级反射，可由公式来计算14 图 1光在多晶体中传播过程示意图1.2.2陶瓷透明性能的影响因素研究表明，在一定结构条件下，一些陶瓷会变得透明。对陶瓷透明性能的影响因素主要包括以下几个方面4-5：（1）气孔率对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率。普通陶瓷即使具有高的致密度，往往也不是透明的，这是因为其中有很多封闭的气孔。气孔与多晶本身的折射律相差很大造成入射光的强烈散射。（2）晶界结构陶瓷材料的物相组成通常包含两相或更多相，这种多相结构会导致光在相界表面上发生散射。透明和不透明陶瓷的晶界结构是不同的。透明材料是单相的，晶界与晶体的光学性质差别小因而晶界模糊不清。而非透明材料是多相的，晶界很清晰。（3）晶体结构在各向异性的晶体中，光从一个晶粒向邻近的晶粒入射时，由于双折射现象会产生散射。因此要得到透明的多晶体，双折射必须很小。一般选用对光各向同性的立方晶系材料制备透明陶瓷，如YAG、YGO、Y2O3等而对光各向异性的晶系则很难得到透明度很高的透明陶瓷，如Gd2O2S、Lu2SiO5等陶瓷的透明性则不是很好。（4）原料与第二相杂质陶瓷中的杂质等第二相与基体的光学性质不一致，往往成为散射和吸收中心，大大降低陶瓷的透明性。因此，透明陶瓷体要求是均一、连续的单相结构。这就要求原料必须具备高纯、超细、高分散等特性，制备过程中不能引入杂质。（5）晶粒尺寸与添加剂研究表明晶粒的尺寸大小和分布对陶瓷的透明性也有影响。如果晶粒的直径与入射光的波长相同时晶粒对入射光散射最强。晶粒直径小于入射光波长时光线可以容易地通过。为了获得透明陶瓷，有时需加入添加剂，抑制晶粒生长，依靠晶粒边界的缓慢移动将微气孔驱除。添加剂的用量一般很少，且能均匀分布于材料中。另外，添加剂还应能完全溶于主晶相，不生成第二相，不破坏系统的单相性。（6）表面加工光洁度透明陶瓷的透光率还受表面光洁度的制约。表面粗糙度越大，漫反射越严重，陶瓷的透明度就越低。由于陶瓷表面粗糙度与原料的细度有关，因此应选用超细原料外，此外还应对陶瓷表面进行研磨和抛光。研究表明陶瓷中的空位等点缺陷对陶瓷的透光率也有一定的影响。综合表示以上因素对透光率的影响，陶瓷的透过率可用以下公式表示：其中，为透过光强度；为入射光强度；R为光线反射率；m为光线吸收系数；x为试样厚度。吸收系数m可以由下列公式算出：其中为电子跃迁吸收系数，为材料的本征吸收；为结构不均匀引起的散射(例如气孔、第二相等)；Sop为光学各向异性引起的散射(例如六方晶系)。因此，要使陶瓷具有透光性，就应该从工艺上消除对光的散射的各种因素。综合起来应具备以下条件6：(1)致密度要高(为理论密度的99.5以上)；(2)晶界上不存在空隙，如有空隙，其大小比波长应小得多；(3)晶界上没有杂质以及玻璃相，或晶界的光学性质与晶体之间差别很小；(4)晶粒较小而且均匀，气孔率很低；(5)晶体对入射光的选择吸收很小；(6)无光学各向异性，晶体结构最好是立方晶系；(7)表面光洁度高；1.2 MgAl2O4透明陶瓷简介1915年Bragg首次测定了镁铝尖晶石晶体的结构，具有尖晶石结构的物质化学通式可表示为A2+B3+2O4，镁铝尖晶石的分子式为MgAl2O4，属于立方晶系，空间群为（Fd3m，227），a=8.080，每个晶胞含有八个分子。其晶体结构如图2所示，这种熟知的结构通常描述为“立方密堆积”O加上Al占据一半的八面体间隙和Mg占据1/8的四面体间隙，四面体每个顶点都和3个八面体公用，八面体和其他八面体共用六条棱，八面体每个顶点都和2个八面体、1个四面体公用。每个周围有3个Al3+，1个Mg2+，其结构符合电价规则：33/6+12/4 = 2 (O2-) 。图2镁铝尖晶石晶体结构镁铝尖晶石可以看作由Al2O3和MgO按一定比例构成的具有尖晶石结构的固溶体，通过研究镁铝尖晶石和各相之间的关系发现它存在两个相互独立的子系统即MgO-Al2O3和MgOAl2O3-Al2O3。镁铝尖晶石相平衡图如图3所示。当镁铝尖晶石中Al2O3和MgO的摩尔比值为1.0时，为严格的化学配比镁铝尖晶石，也称为化学配比镁铝尖晶石；当其摩尔比值不为1.0时，称为非严格的化学配比镁铝尖晶石，也简称为非化学配比镁铝尖晶石，非化学配比镁铝尖晶石虽然仍为尖晶石结构，但由于存在两种不同价态的阳离子，在结晶时为了满足电荷平衡，非化学配比填充需要补偿电荷平衡，因此形成部分阳离子空位缺陷，这种缺陷也叫做非化学配比缺陷。由于这种缺陷的存在，非化学配比镁铝尖晶石的一些性质将有一定的变化，如熔点降低、密度和杨氏模量增大等等7。 图3 镁铝尖晶石相平衡图 1.3 MgAl2O4透明陶瓷的应用MgAl2O4透明陶瓷材料不但具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗冲击、高硬度、高强度、良好的电绝缘性能等陶瓷的特点，而且还具有与白宝石单晶体相近的光学性能，在紫外、可见光、红外光波段具有良好的光学透过率, 长期以来一直是国内外军事工业和民用工业均十分感兴趣的材料。MgAl2O4透明陶瓷用途极为广泛，可被用做防弹窗口、导弹整流罩、防弹窗口、平板显示屏幕、高温窗口和高压广场灯管等。但是由于制备高性能的镁铝尖晶石成本较高，其应用目前还局限在军用及航空航天领域，如：大尺寸、高强度透明陶瓷制品在透明装甲、头罩和窗口头罩材料的应用。随着先进制造技术及工艺的日益成熟会促使镁铝尖晶石制造成本降低，镁铝尖晶石在电子领域会得到更多的应用，在民用领域的应用也一定会日益广泛8。 透明镁铝尖晶石陶瓷透过波段覆盖紫外和红外，具有低的光散射、高的光学透过率，有高的机械强度和硬度，用该材料制作的整流罩抗高低温冲击，抗振动，抗加速度冲击，耐水、酸碱侵蚀，具有良好的抗干扰能力，而且成本较低，可满足高马赫导弹整流罩的光学和机械性能要求，具有综合性能较好的优势。 对装甲材料的要求发展趋势是高强度(有足够的抗弹性能)、轻质量(减轻系统负重，提高系统机动性)、节省空间、抗弹性能好、多功能。对透明装甲材料还要求透过率高(能满足人员和设备的观测要求)和能够制造大尺寸的制品，并能以较低的成本稳定批量生产。采用尖晶石材料制造的防弹窗口能很好地满足上述要求。图4 导弹弹头基片材料应具有合适的力学、热学、化学和电学性质。它们的机械强度要求很高，以使得组件能安全地连接在上面，同时又可将它们接到相应的设备中。耐腐蚀，化学性质稳定，通常要求有低的介质损耗因子以保持在回路中高的Q值，低的介电常数，以减少导线间的相互干扰作用，并要求高的热传导率等。目前使用的各方面综合性能最好的仍是氧化铝。而尖晶石与氧化铝各项性能相近的同时，有更强的化学稳定性，适合用作各类电路元件如厚膜电路、薄膜电路、集成电路载体和芯片封装等高性能的基片材料9。多晶硅薄膜在集成电路、薄膜晶体管和太阳电池等领域都有广泛的应用。晶体硅太阳薄膜电池具有高效率和稳定性的特点，能有效地降低太阳电池的成本，因此，多晶硅太阳薄膜电池越来越受到各国的重视。多晶硅薄膜可以用不同的方法在不同的衬底上得到，不同的衬底材料对多晶硅薄膜的生长有不同的影响。镁铝尖晶石具有硬度高，耐高，化学稳定性好，耐磨，耐腐蚀等特点，它和硅都是立方结构，具有较好的相容性，适合高温过程，生长的薄膜内应力较小，高温过程生长条件能获得较大晶粒尺寸的薄膜，有利于制备性能好的太阳能电池，是适于生长多晶硅薄膜的衬底材料。已有研究者成功地在MgAl2O4透明陶瓷上制备出性能良好的多晶硅薄膜10-11。透明多晶MgAl2O4可用于制备新型灯具，例如：铯灯、铷灯和钾灯等，以及其他恶劣环境，如：机场跑道等特殊场合下的灯具。在各种金属卤素灯的研制中，人们在增加功率的同时不断地致力于提高灯管的透过率，进而提高灯具的亮度和效率，降低能耗。由于MgAl2O4固有的结构优势：属于立方晶系的尖晶石较之六方晶系的氧化铝更易得到透过率高的制品，从而提高灯管亮度和使用寿命12。透明尖晶石陶瓷耐腐蚀，强度高并且可透过可见和红外波段，可用作各种设备的观察和探测窗口：如用作瓦斯探测器窗口，耐受煤矿井下恶劣环境；能耐高温的锅炉水位计；用作高温、高压反应设备的观测窗口；耐磨损的商品条码扫描仪窗口；井下探测用的传感器等。 第2章 研究进展2.1 MgAl2O4粉体的制备方法尖晶石粉末最早并且目前仍在广泛使用的制备方法是包含MgO和Al2O3的化合物如氧化物、氢氧化物或碳酸盐的高温固相反应。由于反应由慢的扩散机理控制，进行彻底必须要求较高的温度和较长的反应时间，高温煅烧会使粉体的烧结活性降低，团聚强烈，使制备超细尖晶石粉体(小于0.5m)很困难。获得理想尺寸的粉末需要多次球磨。球磨过程中会引入杂质并引起晶格缺陷，并且球磨混合难以达到化学组成的高度均一。因此，固相反应难以制备出均相和高烧结活性的粉体。因此寻求湿化学法或溶液技术。近年来，一些湿化学法或湿化学法相关的技术已经在相对较低的温度下成功制备出高纯、均匀、单相的尖晶石粉体，包括共沉淀法、喷雾干燥法、火焰喷射高温分解法、燃烧法以及金属醇盐和无机盐的溶胶-凝胶法、微乳液法、高温焙烧法等13-15。2.2 成型工艺陶瓷成型技术包括：泥浆浇注、热塑泥浆压铸、挤压成型、干压成型以及冷等静压成型等。透明陶瓷的成型以干压成型和冷等静压成型为主。干压成型是在外力作用下，借助内摩擦力牢固地使各颗粒相互联结起来，并保持一定形状的压力成型方式。冷等静压成型是利用液体介质的不可压缩性和均匀传递压力的特性，使粉体在各向相等的静压下形成并保持一定坯体形状的一种压力成型方法。具体方法是将制备的坯料装入塑料或橡胶做成的弹性模具内，并仔细密封，置于高压容器中，然后通过液体介质将压力传递至弹性模具并对坯体加压。在加压过程中，粉体和模具一起变形，粉体附着在模壁表面的摩擦力就不存在，因此，加压时作用在坯体粉料上的应力是各向同性的，其结果不会使坯体破损或产生夹层。2.3烧结工艺近年来，制备透明MgAl2O4多晶陶瓷的方法主要集中在热压(HP)烧结、热等静压(HIP)烧结、常压烧结、放电等离子体烧结(SPS)和微波烧结等。研究的主要目标是进一步优化制备工艺，在尽可能降低制造成本的情况下提高透明MgAl2O4陶瓷的强度、透明性以及尺寸。2.3.1 热压(HP)烧结和热等静压(HIP)烧结 高纯、致密的透明MgAl2O4陶瓷很难通过Al2O3 和MgO粉末混合采用传统的固相反应烧结获得16。随着热压和热等静压烧结技术的发展，研究人员将其应用于透明MgAl2O4陶瓷的制备。雷牧云等17以高纯、超细的镁铝尖晶石粉末作为起始原料，采用真空热压烧结与热等静压法相结合制备透明尖晶石陶瓷材料。真空热压温度控制在1500-1600，保温时间1-3 h，压力范围30-70 MPa。热等静压采用高纯氩气为增压介质，温度控制在1600-1800，保温时间2-4 h，压力范围在150-200 MPa。测试了透明尖晶石陶瓷的高温性能，陶瓷从室温至900有良好的稳定性和电绝缘性能。从室温到250，材料的抗弯强度基本不变。GOLDSTEIN A 18采用空气烧结/热等静压法制备透明尖晶石陶瓷，在1500热等静压(Ar,200MPa)烧结3小时后，厚度为2mm的试样对635nm的波长线性透过率为63%，平均晶粒尺寸为2.2m，硬度为13.2 GPa。2.3.2 常压烧结 由于热压和热等静压烧结技术效率低、成本高，采用高纯纳米MgAl2O4粉末也可通过常压烧结制备透明MgAl2O4陶瓷。LI J G等19采用共沉淀法制备的活性纳米尖晶石粉末，经200MPa压缩后，在空气中预烧，无任何添加剂，于1750真空烧结2小时得到透明的尖晶石陶瓷。2.3.3微波烧结在微波烧结中，样品自身吸收微波能并将之转化为自身内部的热能，从而实现快速烧结，并且，在微波电磁能的作用下，材料内部分子或离子的动能增加，使烧结活化能降低，扩散系数提高，低温快速烧结得以实现，从而获得致密度高、晶粒结构均匀的多晶材料，使气孔和晶界造成的散射得以大幅度降低，提高了多晶陶瓷的透光性，因此采用微波烧结比常规烧结更容易制备出透明陶瓷。目前，采用微波烧结己经成功制备了一些透明度很高的陶瓷，如A12O3、MgA12O4以及AlN、AlON等。 CHENG J P 20等人采用高纯MgAl2O4粉末为原料，添加适量的烧结助剂CaO，粉末经单轴向加压300MPa后于1100预烧2小时，微波烧结在2.45 GHz的单模腔中进行，在低压(26.7Pa)、H2和O2混合的烧结气氛下1800烧结30 min得到透明无色的MgAl2O4陶瓷。2.3.4放电等离子烧结放电等离子烧结技术(Spark Plasma Sintering或SPS) 也称“等离子活化烧结”(Plasma Activated Sintering或PAS) ，又称“电磁辅助烧结工艺”(Field Assisted Sintering Technology或FAST)，是20世纪90年代发展起来并逐渐成熟的一种烧结技术。该技术是通过将特殊电源控制装置发生的ON-OFF直流脉冲电压加到粉体试料上，除了能利用通常放电加工所引起的烧结促进作用（放电冲击压力和焦耳加热）外，还有效利用脉冲放电初期粉体间产生的火花放电现象（瞬间产生高温等离子体）所引起的烧结促进作用通过瞬时高温场实现致密化的快速烧结技术。SPS装置示意图如图5所示。 图5 SPS设备装置图SPS特点在于烧结过程中试样被内外同时加热，停止烧结后试样即实现快速冷却，冷却速度可达300/min。与热压(HP)烧结和热等静压(HIP)烧结相比，SPS工艺可在短时间内较低温度下制备致密的陶瓷材料。SPS烧结的缺点是升温快，保温时间较短，使得气孔的排除比较困难，同时，也有可能导致晶粒发育不完善，影响其透光性能。但作为一种烧结新技术，该工艺成为近年来的研究热点。WANG C等21通过SPS在无烧结助剂、1300C保温3分钟的条件下采用两步压力法制备透明MgAl2O4陶瓷。研究了预加压力对透明陶瓷性能的影响。分别采用五种不同的预加压力5、10、20、30和50MPa，升温至1250C，然后在1分钟内增压至100MPa至实验结束。所有试样在1300C烧结3min。结果表明，预加压5MPa的试样的线性透过率在2000 nm达到 85%，接近单晶的87%。在可见光范围，在550 nm处预加压5 MPa和10 MPa试样的线性透过率可达51%和46%，平均晶粒尺寸600-700nm。MORITA K等22采用SPS工艺在1300C浸没20分钟，不采用任何烧结助剂的条件下制备了透明尖晶石。主要研究了加热速率对MgAl2O4多晶透明性的影响。当加热速率10C/ min，高纯尖晶石平均晶粒尺寸为400nm，残留孔隙率小于0.5%，在550nm的可见光波段线性透光率为47%，断裂强度为500MPa，是传统的粗晶尖晶石的两倍。研究表明，虽然高的加热速率被认为是SPS工艺的主要优点之一，但是要获得高透明度的尖晶石，在低温和短的烧结时间条件下，低的加热速率非常有效。2.3.4.1 SPS烧结机理固相烧结使颗粒产生化合物层或固溶体层，并互相结合在一起。但无论何种情况，其先决条件是颗粒间必须发生传质，否则颗粒不可能结合，颗粒传质受两种因素影响：(1)颗粒的表面性质；(2)颗粒间近距离原子间作用力。传统烧结时，颗粒表面具有惰性膜，且颗粒间无主动作用力，因而烧结时间较长。SPS技术克服了上述缺点，具体表现在：(1)由于脉冲电流是直接加在样品及模具上，发热快，传热快，因而烧结样品的升温快、时间短；(2)样品颗粒间存在极小的间隙时，由于脉冲电压的存在，瞬间产生强电场，击穿间隙产生放电现象。脉冲放电产生的放电冲击波以及电子、离子在电场中反方向的高速流动，可使粉末吸附的气体逸散，粉末表面的起始氧化膜在一定程度上可以被击穿，使粉末得以净化、活化，有利于样品在较低温度下烧结； (3)带电粒子在电场的作用下快速移动，大大促进了粉末颗粒的原子扩散，其扩散系数比通常热压条件下要大的多，促进了粉末烧结的快速化。图6 SPS烧结原理 2.3.5 透明MgAl2O4陶瓷掺杂1995年，日本的Ikesue等23首次制备了高透明的Nd:YAG陶瓷，同时研制出世界上第一台能与Nd：YAG单晶激光器相媲美的Nd:YAG陶瓷激光器，从而将透明陶瓷的应用拓展到激光材料领域。许多过渡金属离子都是著名的荧光激活中心，被广泛用于荧光材料，其中，Mn2+已被掺入超过500种以上的无机材料中，荧光波段在490到750nm之间。过渡金属掺杂的镁铝尖晶石(MgAl2O4)作为可见及中红外波段备选的可调谐固体激光材料一直受到广泛关注，其中，锰掺杂的镁铝尖晶石可能成为绿光波段的高效率激光材料。Lu T C等24率先研究了Mn:MgAl2O4透明陶瓷用作可见波段激光材料的可能性。采用真空热压烧结制备了掺杂浓度为0.5at%和1.0at%的Mn: MgAl2O4透明陶瓷，该透明陶瓷具有分别以520nm和650nm为中心的两个荧光波段，并且荧光强度随Mn2+掺杂浓度的增加而增强。表明高掺杂浓度的Mn: MgAl2O4透明陶瓷有望用作可见波段激光材料。孙月峰等25在此基础上进一步研究了高掺杂浓度(1.5at%、5.0at%、10.0at%)的Mn: MgAl2O4透明陶瓷在可见波段的透过率和荧光特性。透过率结果如图7所示。表明掺杂浓度越高可见光区光吸收越强，起吸收边越向长波方向移动，即发生红移。荧光特性研究表明，其在可见光波段有2条非独立的发光通道：其中一条尖锐的强峰位于520 nm处，另一条较弱的荧光峰位于690 nm处，由带边吸收波长激发所致。在高掺杂下，透明陶瓷以520nm的通道为主，荧光性能与单晶不同。由于MgAl2O4具有良好的光学和不吸湿性，其也是透明闪烁器的潜在材料。对于闪烁体，掺杂元素的类型和数量非常重要。如何通过正确的元素掺杂和优化工艺，制备透明多晶MgAl2O4闪烁体成为一个关键问题。稀土元素Ce具有优异的闪烁性能。CHEN C F等26以高纯MgAl2O4为原料、LiF为烧结助剂、CeO2粉末为添加剂，真空热压烧结制备得到高致密的透明MgAl2O4:Ce陶瓷，该Ce掺杂尖晶石可望作为射线检测和医疗成像的一种闪烁器。抛光试样红外透过率高达86%，在可见光范围线性透过率为50%，其中MgAl2O4:Ce0.005衰变时间非常短，约为4.55 ns，要快于传统的LaBr3:Ce3+和 LaCl3:Ce3+闪烁体。其进一步的研究将以Gd、Sr和 Ga作为掺杂元素，在不改变立方尖晶石晶体结构的条件下，研究其对透明MgAl2O4陶瓷闪烁性能的影响。图7 不同掺杂浓度的透明陶瓷Mn:MgAl2O4的透射谱第3章 结论从近年来的研究成果以及发表的文献可以看出，透明MgAl2O4陶瓷作为一种新兴材料由于其比起传统透明陶瓷材料拥有更好的机械性能热学性能等，再加上自身优异的光学透过性，使得其成为了透明陶瓷界的新宠儿之一，拥有光明的前景与巨大的发展潜力，另一方面其原材料的获取也更为方便，成本也更低。近段时间，其主要研究方向也由光学性能逐渐向力学和其他性能转移，如何在保持其拥有优良光学性能的同时最大限度的提升其他性能是现阶段的主要课题，因为这与其实际应用有着巨大的关联性。而在国内该材料也取得了喜人的成果，但是仍然受到一定限制，如何获取更大尺寸，复杂几何形状的透明MgAl2O4陶瓷是国内研究者们的主要课题，并且也取得了一定的成果，其未来值得期待。参考文献1 刘军芳,傅正义,张东明,等.透明陶瓷的研究现状和展望J.陶瓷学报，2002,23(4):246.2 李长青,张明福,左洪波,等.影响透明陶瓷透光性能的因素J. 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