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【用戶成果】燒結(jié)過程“可視化”：MgF?摻雜透明氧化鋁陶瓷的致密化

上海硅酸鹽研究所王士維教授課題組團(tuán)隊在《Journal of the European Ceramic Society》上發(fā)表了論文。本研究成功利用MgF?作為雙功能燒結(jié)助劑，制備出高性能透明氧化鋁陶瓷，并首次系統(tǒng)闡明了其中Mg2?(抑制晶粒生長)和F?(促進(jìn)致密化)的協(xié)同作用機(jī)制，為優(yōu)化透明陶瓷性能提供了創(chuàng)新性的添加劑設(shè)計策略。

2026-03-30

【用戶成果】燒結(jié)過程“可視化”：MgF?摻雜透明氧化鋁陶瓷的致密化

天津中環(huán)電爐天津中環(huán)電爐股份有限公司

2026年3月6日 11:22

DOI：10.1016/j.jeurceramsoc.2025.117547

上海硅酸鹽研究所王士維教授課題組團(tuán)隊在《Journal of the European Ceramic Society》上發(fā)表了題為“Coupled roles of MgF2 additive on sintering of sub-micron alumina transparent ceramics”的論文。本研究成功利用MgF?作為雙功能燒結(jié)助劑，制備出高性能透明氧化鋁陶瓷，并首次系統(tǒng)闡明了其中Mg2?(抑制晶粒生長)和F?(促進(jìn)致密化)的協(xié)同作用機(jī)制，為優(yōu)化透明陶瓷性能提供了創(chuàng)新性的添加劑設(shè)計策略。

Part 01

研究背景

透明陶瓷因其優(yōu)異的力學(xué)、耐腐蝕和熱穩(wěn)定性應(yīng)用于裝甲窗口和激光增益介質(zhì)等領(lǐng)域。其中多晶α-Al₂O₃陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度高且具備可成型優(yōu)勢，為實(shí)現(xiàn)高透光率需無孔隙、晶粒細(xì)小的微觀結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)方法主要依賴陽離子摻雜抑制晶粒生長，但忽略了陰離子的影響。本研究首次將MgF₂作為雙功能添加劑在Al₂O₃陶瓷中的作用機(jī)制。

Part 02

實(shí)驗(yàn)方法

1)自發(fā)凝固澆注法

2)燒結(jié)：空氣氣氛下，100℃/h升溫至1150℃-1325℃下燒結(jié)，并保溫2h。利用高溫變形可視分析儀對氧化鋁坯體的熱收縮率進(jìn)行了優(yōu)化。

Part 03

性能部分

MgF?摻雜量為500 ppm的Al?O?陶瓷綜合性能最優(yōu)：

1.透光率最高：在640 nm波長處，直線透光率達(dá)61.6%（厚度歸一化為0.8 mm）。

2.晶粒最細(xì)（之一）：平均晶粒尺寸約 0.40 μm。

3.力學(xué)性能優(yōu)異：維氏硬度 21.8 GPa，斷裂韌性 2.73 MPa·m1/2。

Part 04

研究結(jié)論

本研究工作在最佳摻雜量500ppm下，制備出的樣品性能優(yōu)異。研究者系統(tǒng)研究并量化了致密化和晶粒生長行為，并與其他摻雜（尖晶石和AlF₃）進(jìn)行對比。其中MgF₂具有雙重功能，其中陽離子是抑制晶粒生長機(jī)制的主導(dǎo)，陰離子有利于致密化。

中環(huán)電爐設(shè)備

可視化高溫形變分析儀，光學(xué)非接觸法測量材料燒結(jié)過程膨脹收縮。材料在變溫過程中形狀、尺寸及物態(tài)變化在線實(shí)時觀測，并通過智能化數(shù)據(jù)采集與圖像處理系統(tǒng)給出直觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)及圖形報告，產(chǎn)品性能與國際同類產(chǎn)品相當(dāng)，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。可視化高溫形變分析儀用于材料研發(fā)與制造，有助于精確制定材料燒結(jié)工藝或熱處理工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

主要功能

◆ 高溫測試：最高使用溫度1600℃/2000℃

◆ 實(shí)時動態(tài)測量燒結(jié)過程中收縮形變：非接觸測量和記錄樣品燒結(jié)過程中高度、寬度和面積隨溫度變化曲線

◆ 判斷各特征溫度：燒結(jié)點(diǎn)、軟化點(diǎn)、球化、半球化、熔點(diǎn)