Войти
Прозрачная шпинель (MgAl 2O4) керамика традиционно используется для таких приложений, как окна для высокоэнергетических лазеров из -за его превосходной передачи в видимом диапазоне длин волн и инфракрасном диапазоне средних волн (0,2-5,0 мкм) источник в сочетании с выбранными материалами -: США Лаборатория военно-морских исследований Многие керамические материалы, как стеклообразные, так и кристаллические, нашли применение в оптически прозрачных материалов в различных формах, от объемных твердотельных компонентов до формы с большой площадью поверхности, такие как тонкие пленки, покрытия и волокна. Такие устройства нашли широкое применение для различных приложений в электрооптической области, включая: оптические волокна81>для направленной передачи световых волн, оптические переключатели, лазерные усилители и <8.>линзы, узлы для твердотельных лазеров и материалы оптических окон для газовых лазеров, а также инфракрасные (ИК) устройства наведения тепла для систем наведения ракет и ИК-ночное видение.
Хотя монокристаллическая керамика может быть в степени бездефектной (особенно в пределах пространственного масштаба падающей световой волны), оптическая прозрачность в поликристаллической материалы ограничены света, который рассеивается их микроструктурными особенностями. Таким образом, величина светорассеяния от длины волны зависит от падающего излучения или света.
Например, поскольку видимый свет имеет На шкале длин волн порядка сотен нанометров центры рассеяния будут иметь размеры в аналогичном пространственном масштабе. Большинство керамических материалов, таких как оксид алюминия и его соединения, сформированы из тонкодисперсных порошков, что дает мелкозернистую поликристаллическую микроструктуру, которая заполнена центрами рассеяния, сопоставимим с длиной волны видимого света. Таким образом, они обычно непрозрачны, в отличие от прозрачных материалов. Однако недавние наноразмерные технологии сделали возможным производство () кристаллической прозрачной керамики, такой как оксид алюминия Al 2O3, оксид алюминия-гранат иттрия (YAG) и легированный неодимом Nd: YAG.
Синтетический сапфир - монокристаллический оксид алюминия (сапфир - Al 2O3) представляет собой прозрачную керамику. Прозрачная керамика в последнее время приобрела большой интерес и известность. Основные области применения лазеры и режущие инструменты, прозрачные бронированные окна, приборы ночного видения (ПНВ) и носовые конусы для ракет теплового наведения. Доступные в настоящее время прозрачные для инфракрасного (ИК) диапазона материалов обычно демонстрируют компромисс между оптическими характеристиками и механической прочностью. Например, сапфир (кристаллический оксид алюминия) очень прочен, но ему не хватает полной прозрачности в диапазоне 3-5 микрометров в среднем ИК-диапазоне. Иттрий полностью прозрачен от 3 до 5 микрометров, но не обладает достаточной прочностью, твердостью и стойкостью к тепловым удару для высокоэффективных аэрокосмических применений. Неудивительно, что комбинация этих двух материалов в виде оксидно-иттрийного граната (YAG ) оказалась одной из лучших в этой области.
В 1961 году General Electric начала продавать прозрачные глиноземные лампы Lucalox. В 1966 году GE анонсировала керамику «прозрачную как стекло» под названием Yttralox. В 2004 году Анатолий Розенфланц и его коллеги из 3M использовали метод «пламенного напыления» для легирования оксида алюминия (или оксида алюминия) с оксидами редкоземельных металлов с целью достижения высокой прочности стеклокерамика хорошими оптическими свойствами. Этот способ позволяет избежать многих проблем, испытывающих при обычном формовании стекла, и может быть расширен для других оксидов. Эта цель была достигнута и используется в лабораториях и исследовательских центрах по всему миру с использованием новейших методов обработки, охватываемых методов золь-гель химии стекло и нанотехнологий.
Многие керамические материалы, как данные. и кристаллический, нашли применение в качестве основы для твердотельных лазеров и в качестве материалов для оптических окон для газовых лазеров. Первый рабочий лазер был создан Теодором Х. Мейманом в 1960 году в Исследовательской лаборатории Хьюза в Малибу, который имел преимущество перед другими исследовательскими группами под руководством Чарльза Х. Таунса в Колумбийском университете, Артур Шавлоу в Bell Labs и Гулд в TRG (Technical Research Group). Майман использовал твердотельный синтетический рубин со световой накачкой для получения красного лазерного света с длиной волны 694 нанометров (нм). Лазеры на синтетических рубинах все еще используются. И сапфиры, и рубины представляют собой корунд, кристаллическую форму оксида алюминия (Al2O3).
Рубиновые лазеры состоят из стержней из монокристаллического сапфирового оксида алюминия (Al 2O3), легированных небольшой концентрацией хрома Cr, обычно в диапазоне 0,05%. Торцевые поверхности отполированы, имеют плоскую и параллельную конфигурацию. YAG, легированный неодимом (Nd: YAG), оказался одним из лучших материалов для твердотельных лазеров. Его бесспорное доминирование в широком разнообразии применений лазеров определяются комбинация высокой эмиссии сечения с длиной спонтанного излучения жизни, высокий порог повреждения, механическая прочность, теплопроводность и низкий уровень искажений теплового пучок. Тот факт, что выращивание кристаллов Чохральского Nd: YAG представляет собой зрелую, хорошо воспроизводимую и относительно простую технологическую способность, значительно увеличивает ценность материала.
Nd: YAG-лазеры используются в производстве для гравировки, травления или маркировки различных металлов и пластмасс. Они широко используются в производстве для резки и сварки стали и различных сплавов. Для автомобильной промышленности (резка и сварка стали) уровни обычно составляют 1–5 кВт. Кроме того, Nd: YAG-лазеры используются в офтальмологии для коррекции помутнения задней капсулы, состояния, которое может возникнуть после операции по удалению катаракты, а также при периферической иридотомия у пациентов с острой закрытоугольной глаукомой, где она заменила хирургическую иридэктомию. Лазеры с удвоенной ретинопатией Nd: YAG (длина волны 532 нм) используются для пан-пан-фотокоагуляции пациентов с диабетической ретинопатией. В онкологии лазеры Nd: YAG Program для удаления кожных раковых образований. Эти лазеры также широко используются в области косметической медицины для лазерной эпиляции и лечения мелких сосудистых дефектов, таких как сосудистые звездочки на лице и ногах.. В последнее время используется для рассечения целлюлита, редкого кожного заболевания, обычно развивающего на коже черепа. С помощью гистероскопии в области гинекологии Nd: YAG-лазер использовался для удаления перегородки матки внутри матки. В ротовой полости Nd: YAG-лазеры используются для операций на мягких тканях в ротовой полости.
В настоящее время используются мощные стоматологические лазеры на неодимовом стекле размером с футбольное поле. используется для термоядерного синтеза с инерционным удержанием, ядерного оружия и других энергетических плотных физических экспериментов Стекла (некристаллическая керамика) также широко используются в качестве материалов основы для лазеров. Они обладают повышенной гибкостью по размеру и форме и могут быть легко изготовлены в виде больших, однородных изотропных твердых частиц с превосходными оптическими свойствами. Показатели преломления стеклянных лазерных хостов могут адаптироваться между приблизительно 1,5 и 2,0, как температурный коэффициент n, так и коэффициент деформационной оптики могут адаптированы путем изменения химического состава. Стекла имеют более низкую теплопроводность, чем оксид алюминия или YAG, однако, что налагает ограничения их использования в непрерывных приложениях с высокой скоростью повторения.
Принципиальные различия между поведением стеклянных и кристаллических керамических материалов лазера связаны с большим изменением локального окружения генерирующих новых в аморфных твердых телах. Это приводит к расширению уровней флуоресценции в очках. Например, ширина неодима в YAG составляет ~ 10 ярм по сравнению с ~ 300 ярким в типичных оксидных стеклах. Расширенные флуоресцентные линии в стеклах затрудняют работу лазера в непрерывном режиме (CW) по сравнению с теми же ионами генерации в кристаллических твердотельных лазерах.
Некоторые стекла используются в прозрачной броне, например, в обычных пластинах. стекло (натриево-известково-кремнеземное), боросиликатное стекло и плавленый кварц. Листовое стекло было наиболее распространенным стеклом из-за его низкой стоимости. Но более высокие требования к оптическим свойствам и баллистическим характеристикам вызвали необходимость разработки новых материалов. Химическая или термическая обработка может повысить прочность стекол, контролируемая кристаллизация определов стекла может дать стеклокерамику оптического качества. В настоящее время Alstom Grid Ltd. производит стеклокерамику на основе ди-силиката лития, известную как TransArm, для использования в системах прозрачной брони. Он имеет все технологические свойства аморфного стекла, но после перекристаллизации демонстрирует свойства, аналогичные свойстваам кристаллической керамики. Вайкор на 96% состоит из плавленого кварцевого стекла, которое является кристально чистым, легким и высокопрочным. Одним из преимуществ этого типа материалов является то, что они могут быть изготовлены в виде больших листов и других изогнутых форм.
Совсем недавно были продемонстрированы лазерные элементы (переключатели, ионные хосты и т. Д.), Изготовленные из мелкозернистых керамических наноматериалов, полученные путем низкотемпературного спекания наночастиц и порошков высокой чистоты, могут быть получены при низких затратах. Эти уровни не подвержены внутреннему напряжению или внутреннему двулучепреломлению и допускают относительные уровни легирования или оптимизированные профили легирования, разработанные специально для них. Это подчеркивает использование керамических наноматериалов для высокоэнергетических лазерных элементов и приложений.
Первичные центры рассеяния в поликристаллических наноматериалах, полученные в результате спекания наночастиц и порошков высокой чистоты, включая микроструктурные дефекты, такие как остаточная пористость и границы зерен (см. Прозрачные материалы ). Таким образом, непрозрачность частично является результатом некогерентного рассеяния света на внутренних поверхностях и границах раздела. Помимо пористости, формулирующих границ раздела или внутренних поверхностей в керамических наноматериалах границ зерен, которые разделяют наноразмерные области кристаллического порядка. Более, когда размер центра рассеяния (границы зерен) значительно ниже длины волны рассеиваемого света, рассеяние света не происходит в какой-либо степени.
При обработке высокоэффективных керамических наноматериалов с превосходными оптико-механическими свойствами в неблагоприятных условиях, размер кристаллических частиц в степени определяется размером крупных частиц, присутствующих в сырье во время формирования или формирования объекта. Таким образом, уменьшение исходного размера частиц значительно ниже длины видимого света (~ 0,5 мкм или 500 нм) устраняет большую часть светорассеяния, что приводит к полупрозрачному или даже прозрачному материалу.
Кроме того, результаты показывают, что микроскопические Поры в спеченных керамических наноматериалах, в основном захваченные на стыках микрокристаллических зерен, вызывают рассеяние света и препятствуют истинной прозрачности. Было замечено, что общая плотность этих наноразмеров должна быть меньше 1% для высококачественного оптического пропускания, эта плотность должна составлять 99,99% от теоретической кристаллической плотности.
Например, Nd: YAG-лазер 1,46 кВт был применан Konoshima Chemical Co. в Японии. Кроме того, исследователи из Ливермора поняли, что эти мелкозернистые керамические наноматериалы могут принести большие пользу мощным лазерам, используемым в Управлении программного фонда национального зажигания (NIF). В частности, группа исследователей из Ливермора начала использовать передовые прозрачные наноматериалы в Коносиме. Ливерморские исследователи также использовали эти материалы для таких приложений, как усовершенствованные драйверы для термоядерных электростанций с лазерным приводом.
С помощью нескольких сотрудников из NIF команда Ливермора изготовила образец прозрачного неодима диаметром 15 мм. : YAG из наноразмерных частиц и порошков, и определили наиболее важные параметры, влияющие на их качество. В этих объектах команда в основном следовала японским методикам производства и обработки домашнюю печь для вакуумного спекания нанопорошков. Затем все образцы были отправлены на горячее изостатическое прессование (ГИП). Наконец, компоненты были возвращены в Ливермор для нанесения покрытия и результатов, свидетельствующими об исключительном оптическом качестве и свойствах.
Один консорциум из Японии / Восточной Индии сосредоточился специально на спектроскопических характеристиках и характеристиках вынужденного излучения Nd в прозрачных наноматериалах YAG. для лазерных приложений. Их материалы были синтезированы методом вакуумного спекания. Спектроскопические исследования показывают общее увеличение и уменьшение потерь при рассеянии. Наблюдения с помощью сканирующего электронного микроскопа и просвечивающего электронного микроскопа показали превосходное оптическое качество с малым объемом пор и узкой шириной границы зерен. Измерения флуоресценции и комбинационного рассеяния света показывают, что наноматериал YAG с примесью неодима сопоставим по качеству со своим монокристаллическим аналогом как по радиационным, так и неизлучающим свойствам. Индивидуальные штарковские уровни получают из спектров возбуждения и анализа, чтобы идентифицировать каналы стимулированного излучения, возможные в материале. Исследования лазера показывают в использовании использования использования легирующей примеси при разработке микрочип-лазера. При 4 ат.% Легирующей добавки группа получила дифференциальную эффективность 40%. Эксперименты с мощным лазером показали эффективность оптического преобразования 30% для наноматериала YAG Nd (0,6 ат.%) По сравнению с 34% для монокристалла YAG Nd (0,6 ат.%). Измерения оптического усиления, проведенные в этихх, показывают, что эти материалы могут быть подходящей заменой монокристаллам в твердотельных лазерах.
Первоначальная работа Разработка прозрачных наноматериалов оксида иттрия была проведена компанией General Electric в 1960-х годах.
В 1966 году д-р Ричард К. Андерсон изобрел прозрачную керамику иттралокс в лаборатории General Electric Research, а затем продолжил работу в подразделениях GE Metallurgy и Лаборатория керамики докторов. Пол Дж. Йоргенсен, Джозеф Х. Розоловски и Дуглас Сен-Пьер. Иттралокс «прозрачен, как стекло», имеет вдвое большую температуру плавления и передает в ближнем инфракрасном диапазоне, а также в видимом свете.
Награда IR 100, Иттралокс, 1967 
Драгоценные камни из прозрачной керамики иттралокса 
Ричард С. Андерсон держит образец иттралокса Дальнейшая разработка иттриевых керамических наноматериалов была проведена General Electric в 1970-х годах в Скенектади и Кливленде, мотивированными применением осветительных приборов и керамических лазеров. Иттралокс, прозрачный оксид иттрия Y 2O3, содержащий ~ 10% оксида тория (ThO 2), был изготовлен Гресковичем и Вудсом. Добавка служила для контроля роста зерен во время уплотнения, так что пористость оставалась на границах зерен, а не захватывалась внутри зерен, что было бы довольно сложно устранить на начальных стадиях спекания. Обычно, когда поликристаллическая керамика уплотняется во время термообработки, зерна увеличиваются в размере, а остаточная пористость уменьшается как по объемной доле, так и по размеру. Оптически прозрачная керамика должна быть практически без пор.
За прозрачным иттралоксом GE последовал оксид иттрия, легированный лантанами, с аналогичным уровнем добавки. Для обоих этих материалов требовалось увеличенное время обжига при температурах выше 2000 ° C. Y 2O3, легированный La 2O3, представляет интерес для инфракрасных (ИК) применений, поскольку он является одним из передающих оксидов с самой длинной длиной волны. Это тугоплавкий материал с температурой плавления 2430 ° C и умеренным коэффициентом теплового расширения. Стойкость к тепловому удару и эрозии считается промежуточной среди оксидов, но выдающейся по сравнению с неоксидными материалами, пропускающими ИК-излучение. Основное внимание уделяется низкой излучательной способности оксида иттрия, которая ограничивает фоновое излучение при нагревании. Также известно, что фононный край постепенно смещается в сторону более коротких волн по мере нагрева материала.
Кроме того, сам иттрия, Y 2O3был четко идентифицирован как перспективный твердотельный лазер материал. В частности, лазеры с иттербием в качестве легирующей примеси позволяют эффективно работать как в непрерывном режиме, так и в импульсном режиме.
При высокой концентрации возбуждений (порядка 1%) и плохое охлаждение, происходит гашение излучения на частоте лазера и лавинное широкополосное излучение.
Команда Ливермора также изучает новые способы химического синтеза исходные нанопорошки. Заимствуя опыт, накопленный в CMS за последние 5 лет, команда синтезирует нанопорошки на основе золь-гель обработки, а затем соответствующим образом спекает их, чтобы получить компоненты твердотельного лазера. В другом тестируемом методе используется процесс горения для получения порошков путем сжигания твердого органического вещества, содержащего иттрий, алюминий и неодим. Затем собирается дым, который состоит из сферических наночастиц.
Команда Ливермора также изучает новые методы формования (например, экструзионное формование), которые позволяют создавать более разнообразные и, возможно, более сложные формы. К ним относятся кожухи и трубки для улучшения соединения с лампой насоса и для более эффективной передачи тепла. Кроме того, различные материалы могут быть совместно экструдированы, а затем спечены в монолитное прозрачное твердое тело. Пластина усилителя может быть сформирована таким образом, чтобы часть структуры действовала в направленном пропускании световой волны, чтобы фокусировать свет накачки от лазерных диодов в области с высокой концентрацией ионов легирующей примеси вблизи центра пластины.
В целом, наноматериалыперспективны. значительно расширить доступность недорогих высококачественных лазерных компонентов гораздо больших размеров. Многие классы лазерных конструкций могут выиграть от лазерных структур на основе наноматериалов, таких как усилители со встроенными краевыми покрытиями. Наноматериалы также могут обеспечить более прочные и компактные конструкции для лазеров, а также лазеры средней мощности для систем противоракетной обороны МБР на ТВД (например, Strategic Defense Initiative SDI, или совсем недавно Агентство противоракетной обороны.
Панорамные очки ночного видения на испытаниях. A прибор ночного видения (NVD) - это оптический прибор, который позволяет создавать изображения при Они чаще всего используются военными и правоохранительными соответствующими, но доступны гражданским пользователям. Война и получили широкое распространение во время войны во Вьетнаме. ия ночного видения с печатью и цена снижается. ВВС США экспериментируют с очками ночного видения Panor amic (PNVG), которые удваивают поле зрения пользователя примерно до 95 градусов за счет использования четырех 16-миллиметровых усилителей изображения вместо двух более стандартных 18-миллиметровых трубок.
Тепловой изображения представляет собой визуальные индикаторы количества инфракрасной (ИК) энергии, излучаемой передаваемой и отражаемой объектом. Используется несколько методов инфракрасной энергии. Тепловизионная камера способна выполнять алгоритмы для интерпретации этих данных и построения. Хотя изображение показывает приблизительную температуру, при которой работает объект, он использует несколько источников данных на основе окружающих объектов, а не для определения этого значения.
Инфракрасные устройства ночного видения отображают изображение в ближнем инфракрасном диапазоне, за пределами видимого, и могут видеть излучаемый или отраженный ближний инфракрасный свет в полной визуальной темноте. Все объекты с температурой выше абсолютного нуля (0 К ) излучают инфракрасное излучение. Следовательно, обычно способ измерения температурных изменений - использовать устройство инфракрасного зрения, матрицу в фокальной плоскости (FPA) инфракрасную камеру, способную обнаруживать излучение в средневолновом (от 3 до 5 мкм) и длинноволновом (от 7 до 14 мкм) диапазонах инфракрасного излучения, обозначаемого как MWIR и LWIR, что соответствует двум из инфракрасных окон с высоким коэффициентом пропускания. Аномальные профили температуры на поверхности объекта потенциальную проблему. Инфракрасная термография, тепловизионная видеосъемка и тепловизионная видеосъемка являются примерами инфракрасное визуализация. Тепловизионные камеры обнаруживают излучение в инфракрасном диапазоне электромагнитного ас (примерно 900–14000 нанометров или 0,9–14 мкм ) и создавать изображения этого излучения, называемые термограммами.
инфракрасное излучение излучается всеми объектами вблизи комнатной температуры, согласно закону излучения черного тела , термография позволяет видеть окружающую среду с видимым освещением или без него. Количество излучения, испускаемого объекта, увеличивается с температурой. Таким образом, термография позволяет увидеть изменение температуры. При просмотре через тепловизионную камеру теплые объекты хорошо выделяются на более холодном фоне; люди и другие теплокровные животные становятся хорошо заметными на фоне окружающей среды днем и ночью. В результате термография особенно полезна для военных и служб безопасности.
Термограмма льва В термографии инфракрасное излучение с длиной волн между 8–13 микрометров ударяет по материалу детектора, нагревая его и тем изменяя его электрическое сопротивление. Это изменение сопротивления измеряется и преобразуется в температуру, которую можно использовать для создания изображения. В отличие от других типов оборудования для обнаружения инфракрасного излучения, микроболометры, в которых используется прозрачный керамический датчик, не требуют охлаждения. Таким образом, микроболометр представляет собой неохлаждаемый термодатчик.
Материал, используемый в детекторе, должен демонстрировать большие изменения сопротивления в результате мельчайших изменений температуры. Когда материал нагревается, из-за поступающего инфракрасного сопротивления материала снижается. Это с температурным коэффициентом сопротивления (TCR) материала, в частности с его отрицательным температурным коэффициентом. В настоящее время промышленность производит микроболометры, которые содержат материалы с TCR около -2%.
. Наиболее часто используется керамический материал в ИК-излучении микроболометров - это оксид ванадия. Различные кристаллические формы оксида ванадия включают как VO 2, так и V 2O5. Обеспечение высоких температур и выполнение после отжига позволяет получить тонкие пленки этих кристаллических соединений с превосходными свойствами, которые можно легко интегрировать в процесс изготовления. VO 2 имеет низкое сопротивление, но претерпевает фазовый переход металл-изолятор около 67 ° C, а также имеет более низкое значение TCR. С другой стороны, V 2O5высокое высокое сопротивление, а также TCR.
Другие исследованные керамические материалы, прозрачные для ИК-излучения, включая легированные формы CuO, MnO и SiO.
| AIM-9 Sidewinder | |
|---|---|
 | |
| Место происхождения | США |
Многие керамические наноматериалы, представляющие интерес решения для прозрачной брони, являются также используется для электромагнитных (ЭМ) окон. Эти приложения включают в себя обтекатели, ИК-купола, защиту датчиков и многоспектральные окна. Оптические свойства, используемые для этих приложений, имеют решающее значение, поскольку окно пропускает и соответствующие пороги (УФ - ИК) контролирует спектральную полосу пропускания, в которой работает окно. Эти материалы не только обладают превосходной термостойкостью, но и из-за экстремальных температур, связанных с окружающей средой военного самолета и ракет. электромагнитное излучение, исходящее от поверхности объекта, вызванное температурой объекта. Инфракрасное наведение относится к пассивной системе наведения ракеты, которая использует излучение от цели электромагнитного излучения в инфракрасной части и для ее присутствия. Ракеты, использующие инфракрасный поиск, часто называют «тепловыми поисковыми установками», поскольку инфракрасное излучение по частоте чуть ниже видимого света и сильно излучается горячими телами. Многие объекты, такие люди, двигатели транспортных средств и летательные аппараты, выделяют и сохраняют тепло и поэтому особенно видны в инфракрасных длинах волн света по сравнению с объектами на заднем плане.
Текущий ток предпочтительным методом для изготовления куполов высокоскоростных ракет с инфракрасным наведением является монокристалл сапфир. Оптическое пропускание сапфира не распространяется на весь средний инфракрасный диапазон (3–5 мкм), но начинает падать при длине волн более примерно 4,5 мкм при комнатной температуре. Хотя прочность сапфира лучше, чем у других доступных материалов для куполов среднего инфракрасного излучения при комнатной температуре, она ослабевает выше ~ 600 ° C.
Ограничения для сапфиров большей площади часто связаны с бизнесом, поскольку большая индукция печи и дорогостоящие штампы для оснастки необходимы, чтобы превысить текущие производственные ограничения. Однако как отрасль производители сапфира остаются конкурентоспособными перед лицом закаленного стекла и новые керамические наноматериалов, и им все же удалось добиться высоких характеристик и расширенный рынок.
Альтернативные материалы, такие как оксид иттрия, обладают лучшими оптическими характеристиками, но меньшей механической прочностью. Для будущих высокоскоростных ракет с инфракрасным наведением используются новые купола, которые значительно более потребляют, чем те, которые используются сегодня, но при этом сохраняют максимальную прозрачность в широком диапазоне длинных волн. В нынешней коллекции однофазных передающих инфракрасное излучение материалов существует давний компромисс между оптической полосой пропускания и механической прочностью, что вынуждает разработчиков ракет на компромисс в отношении характеристик системы. Оптические нанокомпозиты могут предоставить возможность для разработки новых материалов, которые выполняют этот компромисс.
Первые полномасштабные ракетные купола из прозрачного оксида иттрия, изготовленные из наноразмерных керамических порошков, были разработаны в 1980-х годах при финансировании ВМФ. Компания Raytheon усовершенствовала свой нелегированный поликристаллический оксид иттрия, тогда как оксид иттрия, допированный лантанами, разработан GTE Labs. Две версии сопоставимые ИК-пропускание, вязкость разрушения и тепловое расширение, в то время как негированная версия показывалавое большее значение теплопроводности.
Возобновившийся интерес к окнам и куполам из оксида иттрия побудил усилия по улучшению механических свойств за счет использования наноразмерных материалов с субмикронными или наноразмерныминами. В одном исследовании было выбрано выбрано три поставщика для предоставления наноразмерных порошков для тестирования и оценки, и они были сравнены с обычным (5 мкм) порошком оксида иттрия, ранее использовавшимся для получения прозрачного оксида иттрия. Уровни примесей, которые были слишком высокими для полной прозрачности, были обработаны до теоретической плотности и умеренной способности. Образцы были спечены до состояния закрытых при температуре до 1400 ° C.
После относительно короткого периода спекания компонент помещается в горячий изостатический пресс (HIP) и обрабатывается в течение 3-10 часов при ~ 30 кг / кв.дюйм (~ 200 МПа)) при температуре, аналогичной температуре начального спекания. Приложенное изостатическое давление дополнительных движущих сил для уплотнения за счет значительного увеличения коэффициентов диффузии элементов, что способствует дополнительному вязкому потоку на границах зерен и межзеренных пор или вблизи них. Используя этот метод, прозрачные наноматериалы оксида иттрия были получены при более низких температурах, более коротком общем времени обжига и без дополнительных добавок, которые имеют тенденцию снижать теплопроводность.
Недавно компания Mouzon разработала новый метод, основанный на капсулировании в стекло в сочетании с вакуумным спеканием при 1600 ° C с последующим горячим изостатическим прессованием (HIP) 1500 ° C сильно агломерированного промышленного порошка. Использование вакуумированных стеклянных капсул для выполнения ГИП-обработки позволяет спекать образцы, показавшие открытую пористость после вакуумного спекания, до прозрачности. Реакция спекания исследуемого порошка была изучена путем тщательных микроструктурных наблюдений с использованием сканирующей электронной микроскопии и оптической микроскопии как на отражение, так и на пропускание. Ключом к этому методу является сохранение межкристаллитной пористости во время предварительного спекания, чтобы ее можно было удалить обработкой HIP. Было обнаружено, что агломераты плотно упакованные частицы полезны для достижения этой цели, поскольку они полностью уплотняются и оставляют только межзерновую пористость.
До работ, выполненных в Raytheon, оптические свойства в нанокомпозитным керамическим материалам уделялось мало внимания. Их исследования наглядно показали пропускание, близкое к теоретическому, в нанокомпозитной оптической керамике. Двойная система оксид иттрия / магнезия является идеальной модельной системой для образования нанокомпозитов. Растворимость твердого вещества в любой из составляющих фаз ограничена, что позволяет исследовать и сравнивать широкий диапазон составов. Согласно фазовой диаграмме, двухфазные смеси стабильны при всех температурах ниже ~ 2100 ° C. Кроме того, ни оксид иттрия, ни оксид магния не демонстрируют поглощения в средней ИК-части диапазона 3-5 мкм ЭМ-спектра.
В оптических нанокомпозитах две или более взаимопроникающих фаз смешиваются в полностью плотном теле с размером зерна субмикрометра. Рассеяние инфракрасного света можно минимизировать (или даже исключить) в материале, если размер зерен отдельных фаз значительно меньше длины волны инфракрасного излучения. Экспериментальные данные показывают, что ограничение размера зерен нанокомпозита примерно до 1/15 длины волны света достаточно для ограничения рассеяния.
Были получены нанокомпозиты оксида иттрия и магнезии с размером зерна примерно 200 нм. Эти материалы показали хорошее пропускание в диапазоне 3–5 мкм и более высокую прочность, чем у однофазных отдельных компонентов. Повышение механических свойств в нанокомпозитных керамических материалах широко изучается. Значительное увеличение прочности (в 2–5 раз), ударной вязкости (
