Оптическая керамика MgO, полученная горячим прессованием с использованием LiF

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе представлены результаты исследования горячего прессования оптической керамики оксида магния MgO из порошков, полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Предложена методика предварительной обработки промышленно производимых исходных веществ с целью коррекции их примесного состава до уровня, достаточного для получения оптической керамики высокого качества. Введение 1 мас.% спекающей добавки LiF в прекурсор СВС позволяет достичь пропускания керамики MgO толщиной 1.5 мм, близкого к теоретическому пределу, во всем диапазоне прозрачности материала (от 0.2 до 9.5 мкм). Показано, что даже небольшое количество LiF (от 0.125 мас.%.) приводит к существенному улучшению прозрачности керамики, однако при этом значительно снижает ее теплопроводность в исследованном температурном диапазоне (25–300°C). Теплопроводность керамики MgO без спекающей добавки составляет 67.7 Вт/(м K) при комнатной температуре. Микротвердость полученных керамических образцов практически не зависит от содержания LiF в прекурсоре и находится в диапазоне 9–11 ГПа.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. С. Балабанов

Институт химии высокочистых веществ им. Г. Г. Девятых Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: balabanov@ihps-nnov.ru
Россия, ул. Тропинина, 49, Нижний Новгород, 603137

А. В. Беляев

Институт химии высокочистых веществ им. Г. Г. Девятых Российской академии наук

Email: balabanov@ihps-nnov.ru
Россия, ул. Тропинина, 49, Нижний Новгород, 603137

В. А. Кошкин

Институт химии высокочистых веществ им. Г. Г. Девятых Российской академии наук; Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: balabanov@ihps-nnov.ru
Россия, ул. Тропинина, 49, Нижний Новгород, 603137; пр. Гагарина, 23, Нижний Новгород, 603022

Д. А. Пермин

Институт химии высокочистых веществ им. Г. Г. Девятых Российской академии наук; Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: balabanov@ihps-nnov.ru
Россия, ул. Тропинина, 49, Нижний Новгород, 603137; пр. Гагарина, 23, Нижний Новгород, 603022

Список литературы

  1. Harris D.C. Durable 3–5 μm transmitting infrared window materials // Infrared Phys. Technol. 1998. V. 39. № 4. P. 185–201. https://doi.org/10.1016/S1350-4495(98)00006-1
  2. McCarthy D.E. Transmission of Irtran Materials from 50 μ, to 300 μ // Appl. Opt. 1966. V. 5. № 3. P. 472–473. https://doi.org/10.1364/AO.5.0472_1
  3. Kato T., Okada G., Yanagida T. Optical, scintillation and dosimeter properties of MgO transparent ceramic doped with Mn2+ // J. Ceram. Soc. Jpn. 2016. V. 124. № 5. P. 559–563. https://doi.org/10.2109/jcersj2.15229
  4. Kato T., Okada G., Yanagida T. Dosimeter properties of MgO transparent ceramic doped with C // Radiat. Meas. 2016. V. 92. P. 93–98. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2016.07.004
  5. Kato T., Okada G., Kawaguchi N. et al. Dosimeter properties of Ce-doped MgO transparent ceramics // J. Lumin. 2017. V. 192. P. 316–320. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.06.067
  6. Kumamoto N., Kato T., Kawano N. et al. Scintillation and dosimeter properties of Ca-doped MgO transparent ceramics // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 2018. V. 435. P. 313–317. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2018.01.023
  7. Kato T., Okada G., Yanagida T. Optical, scintillation and dosimeter properties of MgO transparent ceramic and single crystal // Ceram. Int. 2016. V. 42. № 5. P. 5617–5622. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.12.070
  8. Chen X., Zhang G., Tomala R. et al. Yb doped MgO transparent ceramics generated through the SPS method // J. Eur. Ceram. Soc. 2022. V. 42. № 10. P. 4320–4327. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.04.025
  9. Permin D.A., Belyaev A.V., Koshkin V.A., Balabanov S.S., Boldin M.S., Ladenkov I.V., Fedotova I.G. Effect of Hot Pressing Conditions on the Microstructure and Optical Properties of MgO–Y2O3 Composite Ceramics // Inorg. Mater. 2021. V. 57. № 8. P. 858–866. https://doi.org/10.1134/S0020168521080082
  10. Permin D.A., Belyaev A.V., Balabanov S.S., Koshkin V.A., Boldin M.S., Novikova A.V., Timofeev O.V., Gashpar Zh.K., Ladenkov I.V. Effect of Composition on the Structure and Properties of MgO/Y2O3 Composite Ceramics // Inorg. Mater. 2022. V. 58. № 6. P. 643–650. https://doi.org/10.1134/S0020168522060085
  11. Gild J., Floyd A., Sadowski B. et al. Temperature dependence of carbon contamination in spark plasma sintered Y2O3 // J. Eur. Ceram. Soc. 2024. V. 44. № 6. P. 4255–4259. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.12.100
  12. Jiang N., Xie R., Liu Q. et al.Fabrication of sub-micrometer MgO transparent ceramics by spark plasma sintering // J. Eur. Ceram. Soc. 2017. V. 37. № 15. P. 4947–4953. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.06.021
  13. Fang Y., Agrawal D., Skandan G. et al. Fabrication of translucent MgO ceramics using nanopowders // Mater. Lett. 2004. V. 58. № 5. P. 551–554. https://doi.org/10.1016/S0167-577X(03)00560-3
  14. Balabanov S.S., Belyaev A.V., Novikova A.V., Permin D.A., Rostokina E.Ye., Yavetskiy R.P. Densification Peculiarities of Transparent MgAl2O4 Ceramics—Effect of LiF Sintering Additive // Inorg. Mater. 2018. V. 54. № 10. P. 1045–1050. https://doi.org/10.1134/S0020168518100023
  15. Zhou Z., Li X., Huang Q. et al. Effect of CaO additive on the densification of MgO and MgO-YGAG:Ce ceramics // Ceram. Int. 2023. V. 49. № 11. P. 17340–17347. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.02.101
  16. Chen X., Wu Y. Fabrication and optical properties of highly transparent MgO ceramics by spark plasma sintering // Scr. Mater. 2019. V. 162. P. 14–17. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2018.10.022
  17. Charvat F.R., Kingery W.D. Thermal Conductivity: XIII. Effect of Microstructure on Conductivity of Single‐Phase Ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 1957. V. 40. № 9. P. 306–315. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1957.tb12627.x
  18. Slack G.A. Thermal Conductivity of MgO, Al2O3, MgAl2O4, and Fe3O4 Crystals from 3° to 300°K // Phys. Rev. 1962. V. 126. № 2. P. 427–441. https://doi.org/10.1103/PhysRev.126.427

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дифрактограмма порошка MgO со спекающей добавкой 1 мас.% LiF после прокаливания при 800°С в течение 5 ч.

Скачать (58KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Микроснимки порошков MgO после СВС (a) и после прокаливания при 800°С в течение 5 ч (б).

Скачать (417KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Гранулометрический состав порошков MgO после прокаливания при 800°С в течение 5 ч и деагломерации в планетарной мельнице.

Скачать (101KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ТГ/ДСК-кривые порошков MgO после СВС в потоке воздуха (a); интенсивность сигнала масс-анализатора выделяющихся газов в зависимости от температуры образца (б).

Скачать (134KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Дифрактограмма измельченного образца керамики MgO со спекающей добавкой 1% LiF (для примесей приведены рефлексы интенсивностью только более 10%).

Скачать (65KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимости теплопроводности керамики MgO с различным содержанием спекающей добавки от температуры.

Скачать (80KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Фотографии образцов керамики MgO, полученных без использования спекающей добавки (a) и с добавкой 1 мас.% LiF (б).

Скачать (138KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Спектры пропускания керамики MgO с различным содержанием спекающей добавки.

Скачать (92KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024