Inorganic MaterialsInorganic MaterialsНеорганические материалы0002-337X3034-5588The Russian Academy of Sciences68358210.31857/S0002337X24090089LLVCVIArticlesСтатьиResearch ArticleОптическая керамика MgO, полученная горячим прессованием с использованием LiFОптическая керамика MgO, полученная горячим прессованием с использованием LiFБалабановС. С.
Russian Federation
balabanov@ihps-nnov.ruБеляевА. В.
Russian Federation
balabanov@ihps-nnov.ruКошкинВ. А.
Russian Federation
balabanov@ihps-nnov.ruПерминД. А.
Russian Federation
balabanov@ihps-nnov.ruИнститут химии высокочистых веществ им. Г. Г. Девятых Российской академии наукНижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского14102024609-101136114509062025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0002-337X/article/view/683582

В работе представлены результаты исследования горячего прессования оптической керамики оксида магния MgO из порошков, полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Предложена методика предварительной обработки промышленно производимых исходных веществ с целью коррекции их примесного состава до уровня, достаточного для получения оптической керамики высокого качества. Введение 1 мас.% спекающей добавки LiF в прекурсор СВС позволяет достичь пропускания керамики MgO толщиной 1.5 мм, близкого к теоретическому пределу, во всем диапазоне прозрачности материала (от 0.2 до 9.5 мкм). Показано, что даже небольшое количество LiF (от 0.125 мас.%.) приводит к существенному улучшению прозрачности керамики, однако при этом значительно снижает ее теплопроводность в исследованном температурном диапазоне (25–300°C). Теплопроводность керамики MgO без спекающей добавки составляет 67.7 Вт/(м K) при комнатной температуре. Микротвердость полученных керамических образцов практически не зависит от содержания LiF в прекурсоре и находится в диапазоне 9–11 ГПа.

В работе представлены результаты исследования горячего прессования оптической керамики оксида магния MgO из порошков, полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Предложена методика предварительной обработки промышленно производимых исходных веществ с целью коррекции их примесного состава до уровня, достаточного для получения оптической керамики высокого качества. Введение 1 мас.% спекающей добавки LiF в прекурсор СВС позволяет достичь пропускания керамики MgO толщиной 1.5 мм, близкого к теоретическому пределу, во всем диапазоне прозрачности материала (от 0.2 до 9.5 мкм). Показано, что даже небольшое количество LiF (от 0.125 мас.%.) приводит к существенному улучшению прозрачности керамики, однако при этом значительно снижает ее теплопроводность в исследованном температурном диапазоне (25–300°C). Теплопроводность керамики MgO без спекающей добавки составляет 67.7 Вт/(м K) при комнатной температуре. Микротвердость полученных керамических образцов практически не зависит от содержания LiF в прекурсоре и находится в диапазоне 9–11 ГПа.

оксид магниягорячее прессованиетеплопроводностьспекающая добавкаоптическая керамикаМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science And Higher Education of the Russian FederationРоссийский Научный ФондRussian Science Foundation22-73-10084Harris D.C. Durable 3–5 μm transmitting infrared window materials // Infrared Phys. Technol. 1998. V. 39. № 4. P. 185–201. https://doi.org/10.1016/S1350-4495(98)00006-1McCarthy D.E. Transmission of Irtran Materials from 50 μ, to 300 μ // Appl. Opt. 1966. V. 5. № 3. P. 472–473. https://doi.org/10.1364/AO.5.0472_1Kato T., Okada G., Yanagida T. Optical, scintillation and dosimeter properties of MgO transparent ceramic doped with Mn2+ // J. Ceram. Soc. Jpn. 2016. V. 124. № 5. P. 559–563. https://doi.org/10.2109/jcersj2.15229Kato T., Okada G., Yanagida T. Dosimeter properties of MgO transparent ceramic doped with C // Radiat. Meas. 2016. V. 92. P. 93–98. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2016.07.004Kato T., Okada G., Kawaguchi N. et al. Dosimeter properties of Ce-doped MgO transparent ceramics // J. Lumin. 2017. V. 192. P. 316–320. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.06.067Kumamoto N., Kato T., Kawano N. et al. Scintillation and dosimeter properties of Ca-doped MgO transparent ceramics // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 2018. V. 435. P. 313–317. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2018.01.023Kato T., Okada G., Yanagida T. Optical, scintillation and dosimeter properties of MgO transparent ceramic and single crystal // Ceram. Int. 2016. V. 42. № 5. P. 5617–5622. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.12.070Chen X., Zhang G., Tomala R. et al. Yb doped MgO transparent ceramics generated through the SPS method // J. Eur. Ceram. Soc. 2022. V. 42. № 10. P. 4320–4327. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.04.025Permin D.A., Belyaev A.V., Koshkin V.A., Balabanov S.S., Boldin M.S., Ladenkov I.V., Fedotova I.G. Effect of Hot Pressing Conditions on the Microstructure and Optical Properties of MgO–Y2O3 Composite Ceramics // Inorg. Mater. 2021. V. 57. № 8. P. 858–866. https://doi.org/10.1134/S0020168521080082Permin D.A., Belyaev A.V., Balabanov S.S., Koshkin V.A., Boldin M.S., Novikova A.V., Timofeev O.V., Gashpar Zh.K., Ladenkov I.V. Effect of Composition on the Structure and Properties of MgO/Y2O3 Composite Ceramics // Inorg. Mater. 2022. V. 58. № 6. P. 643–650. https://doi.org/10.1134/S0020168522060085Gild J., Floyd A., Sadowski B. et al. Temperature dependence of carbon contamination in spark plasma sintered Y2O3 // J. Eur. Ceram. Soc. 2024. V. 44. № 6. P. 4255–4259. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.12.100Jiang N., Xie R., Liu Q. et al.Fabrication of sub-micrometer MgO transparent ceramics by spark plasma sintering // J. Eur. Ceram. Soc. 2017. V. 37. № 15. P. 4947–4953. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.06.021Fang Y., Agrawal D., Skandan G. et al. Fabrication of translucent MgO ceramics using nanopowders // Mater. Lett. 2004. V. 58. № 5. P. 551–554. https://doi.org/10.1016/S0167-577X(03)00560-3Balabanov S.S., Belyaev A.V., Novikova A.V., Permin D.A., Rostokina E.Ye., Yavetskiy R.P. Densification Peculiarities of Transparent MgAl2O4 Ceramics—Effect of LiF Sintering Additive // Inorg. Mater. 2018. V. 54. № 10. P. 1045–1050. https://doi.org/10.1134/S0020168518100023Zhou Z., Li X., Huang Q. et al. Effect of CaO additive on the densification of MgO and MgO-YGAG:Ce ceramics // Ceram. Int. 2023. V. 49. № 11. P. 17340–17347. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.02.101Chen X., Wu Y. Fabrication and optical properties of highly transparent MgO ceramics by spark plasma sintering // Scr. Mater. 2019. V. 162. P. 14–17. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2018.10.022Charvat F.R., Kingery W.D. Thermal Conductivity: XIII. Effect of Microstructure on Conductivity of Single‐Phase Ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 1957. V. 40. № 9. P. 306–315. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1957.tb12627.xSlack G.A. Thermal Conductivity of MgO, Al2O3, MgAl2O4, and Fe3O4 Crystals from 3° to 300°K // Phys. Rev. 1962. V. 126. № 2. P. 427–441. https://doi.org/10.1103/PhysRev.126.427