【用户成果】可视化观测技术助力高透高强陶瓷新突破

DOI：10.1016/j.jeurceramsoc.2025.117621

上海硅酸盐研究所王士维教授课题组团队在《Journal of the European Ceramic Society》上发表了题为“8 mol% Y₂O₃-stabilized zirconia (8YSZ) transparent ceramics with high optical and mechanical performance through YF₃ sintering additive”的论文。本研究首次系统研究 YF? 作为微量烧结助剂对8YSZ透明陶瓷的致密化行为、微观结构、光学和力学性能的影响。

研究背景

8YSZ（8 mol% Y?O?稳定的ZrO?）是一种具有高折射率（~2.2）和良好力学性能的透明陶瓷材料，适用于高端光学器件。然而，传统烧结方法（如TiO?掺杂）虽能促进致密化，却容易引发异常晶粒生长和双折射，影响光学性能。近年来，氟化物烧结助剂（如LiF、YF?等）因其能形成低熔点液相、促进致密化、降低烧结温度而受到关注。

1）常压预烧结（PS）：1250–1375 °C，6 h，空气。

2）热等静压（HIP）：1450 °C或1550 °C，3 h，Ar气氛，180 MPa。

3）双面抛光至1.5 mm厚。

1. 收缩曲线显示：YF? 掺杂样品在相同温度下收缩率和瞬时密度均高于未掺杂样品，说明 YF? 显著促进致密化。最佳掺杂量为 0.1 wt%，相对密度从 92.6%（未掺杂）提升至 97.8%（1300 °C 烧结）。

2. 光学性能

1)掺杂量为0.1 wt% YF?的样品在600 nm处直线透过率达71.4% (理论值的~94%)。

2)未掺杂样品为68.6%。

3. 力学性能

1)维氏硬度：最佳样品为 12.4 ± 0.3 GPa（1550 °C HIP）

2)弯曲强度：从 253 MPa（未掺杂）提升至 329 ± 38 MPa（0.1 wt% YF?）

4. YF?的作用

YF? 在高温下分解，F?进入晶格替代O2?，Y3?替代Zr??，产生氧空位和间隙缺陷，增强离子扩散，促进致密化。而过量的YF?在高温下挥发，形成气体，留下孔隙，降低密度和透过率。

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