【用戶成果】可視化觀測技術助力高透高強陶瓷（cí）新突破-天津中（zhōng）環電爐股份有限公司

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【用戶成果】可視化（huà）觀測技術助力高透高強陶瓷新突破

上海矽酸鹽研（yán）究所王士維教授課（kè）題組團（tuán）隊（duì）在《Journal of the European Ceramic Society》上發表了論文。本研究首次係統研究 YF₃ 作為微量燒結（jié）助劑對8YSZ透明陶瓷的致密化行為（wéi）、微觀結（jié）構、光學和力學性能（néng）的影響。

2026-04-13

DOI：10.1016/j.jeurceramsoc.2025.117621

上海矽酸鹽研究所王士維教授課題組團隊在《Journal of the European Ceramic Society》上發表了題為（wéi）“8 mol% Y₂O₃-stabilized zirconia (8YSZ) transparent ceramics with high optical and mechanical performance through YF₃ sintering additive”的論文。本研究首次係統研究 YF₃ 作（zuò）為微量燒結助劑對8YSZ透（tòu）明陶瓷的致密（mì）化行為、微觀結構、光學和力學性能的影響。

研究背景

8YSZ（8 mol% Y₂O₃穩（wěn）定的ZrO₂）是一種具有（yǒu）高折射率（~2.2）和良好力學性能的透明陶瓷材料，適（shì）用於高端光學器件。然而，傳統燒結方法（如TiO₂摻雜）雖能促（cù）進致（zhì）密化，卻容易引發異常晶粒（lì）生長和雙折射（shè），影響光學性能。近年來，氟化物燒結助劑（如LiF、YF₃等）因其能形成低熔點液相、促（cù）進致密化、降低燒結溫度而（ér）受到關注（zhù）。

實驗方法

1）常壓預燒結（PS）：1250–1375 °C，6 h，空（kōng）氣。

2）熱等靜壓（HIP）：1450 °C或1550 °C，3 h，Ar氣氛，180 MPa。

3）雙麵拋光至1.5 mm厚。

4）采用（yòng）可視化高溫（wēn）形變分析儀（yí）（TA-Z16AB，中國天津绿巨人网站下载電爐股份有限公司），通過恒速升溫（CHR）實驗研（yán）究了致密化行為（wéi）。在初始燒結過程中，以2℃/min的恒定升溫速率，通過光學非（fēi）接觸法原位記錄了8YSZ生坯的尺寸變化。

性能部分

1. 收縮（suō）曲（qǔ）線顯示：YF₃ 摻（chān）雜樣品在相同溫度下收縮率和瞬時密度均高於未摻雜樣品，說明（míng） YF₃ 顯著促進致密化。最佳摻雜量為 0.1 wt%，相對密度從 92.6%（未摻雜）提升至 97.8%（1300 °C 燒結）。

2. 光學性能

1)摻雜量為0.1 wt% YF₃的樣品在600 nm處直線透過率達71.4% (理論值的~94%)。

2)未摻雜（zá）樣（yàng）品為68.6%。

3. 力學性（xìng）能

1)維氏（shì）硬度：最（zuì）佳樣品為 12.4 ± 0.3 GPa（1550 °C HIP）

2)彎（wān）曲強度：從（cóng） 253 MPa（未摻（chān）雜）提升至 329 ± 38 MPa（0.1 wt% YF₃）

4. YF₃的作用

YF₃ 在（zài）高溫下分解，F⁻進入晶格（gé）替代O²⁻，Y³⁺替代Zr⁴⁺，產生氧（yǎng）空位和間隙缺陷，增強（qiáng）離子（zǐ）擴散，促進致密化。而過量的（de）YF₃在（zài）高溫下揮發，形成氣體，留下孔隙，降低密度和透過率。

結論（lùn）

YF₃是一種有（yǒu）效的8YSZ透明陶瓷燒結助劑，促進致密化但不引起異常晶粒長大。最佳添加量為0.1 wt%。在（zài）PS 1300℃ + HIP 1550℃條件（jiàn）下，獲得最佳綜合性能。性能如下：透過率（lǜ）：71.4%@600 nm，硬度：12.4 GPa，彎曲強度：329 MPa。

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可視化高溫形變分析儀，光學非接觸法測（cè）量材料燒結過程（chéng）膨脹收縮。材料在變溫過（guò）程中形狀、尺寸及物態變化在線實時觀測（cè），並通（tōng）過智能化數（shù）據采集與圖像（xiàng）處理係統給出直（zhí）觀、準確的數據及圖形報告，產品性能與國際同類產品相當，處於國（guó）內領先水平。可視化高溫（wēn）形變分析儀用於材料研發與製造，有助於精確製定材料燒結工藝或熱處理工藝，提高產品質量，降低生產成本。

主要功能

·◆ 高溫測（cè）試：最高使用溫度 1600℃/2000℃/2400℃

·◆ 實時動（dòng）態測量燒結過程中收縮形變：非接觸測量和記錄樣品燒結過程中高度、寬（kuān）度和麵積隨溫度變化曲線

·◆ 判斷（duàn）各特征溫度：燒結點、軟化點、球化、半球（qiú）化、熔點