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【用戶成果】燒結（jié）過程“可視化”：MgF₂摻雜透（tòu）明氧化鋁陶瓷（cí）的致密（mì）化
2026-03-06
DOI：10.1016/j.jeurceramsoc.2025.117547
上（shàng）海矽酸鹽研究所王士維教授課題組團（tuán）隊在《Journal of the European Ceramic Society》上發表了題為“Coupled roles of MgF2 additive on sintering of sub-micron alumina transparent ceramics”的（de）論文。本研（yán）究（jiū）成功利用MgF₂作為雙功能燒結助劑，製備出高性能透（tòu）明氧化鋁陶瓷，並首次係統闡明（míng）了（le）其中（zhōng）Mg²⁺(抑製晶粒生長)和（hé）F⁻(促進致密化)的協同作用機製，為優化透（tòu）明陶瓷性能提供了（le）創新性的添加劑（jì）設（shè）計策略。
透明（míng）陶瓷因其優（yōu）異的力學、耐腐蝕和熱穩定性應用於裝甲窗（chuāng）口和激光增益介（jiè）質等領域。其中多晶α-Al2O3陶瓷的機械強度高且具備可成型優勢，為實現高透光率需無（wú）孔隙、晶粒細小的微觀結構。傳統方法主要依賴陽離子摻雜抑製（zhì）晶粒生長，但忽略（luè）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（zhōng）的作用（yòng）機製。
1)自發凝固澆注法
2)燒結：空氣氣氛下，100℃/h升溫至1150℃-1325℃下燒結，並保溫2h。利用高溫變形可視分析儀對氧化鋁坯體的熱收（shōu）縮（suō）率進行了優化。
MgF₂摻雜量為500 ppm的Al₂O₃陶瓷綜合性能最優：
1.透光率最高：在640 nm波（bō）長處，直（zhí）線透光率達61.6%（厚度歸一化為0.8 mm）。
2.晶粒最細（之一）：平均晶粒尺寸約 0.40 μm。
3.力學（xué）性能優異：維氏硬度 21.8 GPa，斷裂韌性 2.73 MPa·m¹/²。
本研究工作在最佳（jiā）摻（chān）雜量（liàng）500ppm下，製備出的樣品性能優異。研究者係統研究並量化（huà）了致密化和晶粒生（shēng）長行為，並與其他摻雜（尖晶石和AlF3）進行對（duì）比。其中MgF2具有雙重功能，其（qí）中陽離（lí）子是抑製晶粒生長機製的主導，陰離子有利於致密化。
可視化（huà）高溫形變分析（xī）儀（yí），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、尺寸及物態變化（huà）在線實時（shí）觀測，並通過（guò）智能化數據采集與圖像處理係統給（gěi）出（chū）直觀（guān）、準確（què）的數據及圖形（xíng）報告（gào），產品性能與國際同類產品相當，處於（yú）國內領先水平。可視化高溫形變分析儀用於材料（liào）研發（fā）與製造，有（yǒu）助於精確製（zhì）定材料燒結工藝或熱處理工藝，提高產品質量，降低生產成（chéng）本。
主要功（gōng）能
◆ 高溫測試：最高使用溫度1600℃/2000℃
◆ 實時動態（tài）測量燒結過程（chéng）中收縮形變：非接觸測量和記錄樣品（pǐn）燒結過程中高度、寬度（dù）和麵積隨溫度變化曲線（xiàn）
◆ 判斷各特征溫度：燒結點、軟化點、球化、半球（qiú）化、熔點
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