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【用户成果】烧结过程“可视化”：MgF?掺杂透明氧化铝陶瓷的致密化

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》上发表了论文。本研究成功利用MgF?作为双功能烧结助剂，制备出高性能透明氧化铝陶瓷，并首次系统阐明了其中Mg2?(抑制晶粒生长)和F?(促进致密化)的协同作用机制，为优化透明陶瓷性能提供了创新性的添加剂设计策略。

2026-03-30

【用户成果】烧结过程“可视化”：MgF?掺杂透明氧化铝陶瓷的致密化

天津中环电炉天津中环电炉股份有限公司

2026年3月6日 11:22

DOI：10.1016/j.jeurceramsoc.2025.117547

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“Coupled roles of MgF2 additive on sintering of sub-micron alumina transparent ceramics”的论文。本研究成功利用MgF?作为双功能烧结助剂，制备出高性能透明氧化铝陶瓷，并首次系统阐明了其中Mg2?(抑制晶粒生长)和F?(促进致密化)的协同作用机制，为优化透明陶瓷性能提供了创新性的添加剂设计策略。

Part 01

研究背景

透明陶瓷因其优异的力学、耐腐蚀和热稳定性应用于装甲窗口和激光增益介质等领域。其中多晶α-Al₂O₃陶瓷的机械强度高且具备可成型优势，为实现高透光率需无孔隙、晶粒细小的微观结构。传统方法主要依赖阳离子掺杂抑制晶粒生长，但忽略了阴离子的影响。本研究首次将MgF₂作为双功能添加剂在Al₂O₃陶瓷中的作用机制。

Part 02

实验方法

1)自发凝固浇注法

2)烧结：空气气氛下，100℃/h升温至1150℃-1325℃下烧结，并保温2h。利用高温变形可视分析仪对氧化铝坯体的热收缩率进行了优化。

Part 03

性能部分

MgF?掺杂量为500 ppm的Al?O?陶瓷综合性能最优：

1.透光率最高：在640 nm波长处，直线透光率达61.6%（厚度归一化为0.8 mm）。

2.晶粒最细（之一）：平均晶粒尺寸约 0.40 μm。

3.力学性能优异：维氏硬度 21.8 GPa，断裂韧性 2.73 MPa·m1/2。

Part 04

研究结论

本研究工作在最佳掺杂量500ppm下，制备出的样品性能优异。研究者系统研究并量化了致密化和晶粒生长行为，并与其他掺杂（尖晶石和AlF₃）进行对比。其中MgF₂具有双重功能，其中阳离子是抑制晶粒生长机制的主导，阴离子有利于致密化。

中环电炉设备

可视化高温形变分析仪，光学非接触法测量材料烧结过程膨胀收缩。材料在变温过程中形状、尺寸及物态变化在线实时观测，并通过智能化数据采集与图像处理系统给出直观、准确的数据及图形报告，产品性能与国际同类产品相当，处于国内领先水平。可视化高温形变分析仪用于材料研发与制造，有助于精确制定材料烧结工艺或热处理工艺，提高产品质量，降低生产成本。

主要功能

◆ 高温测试：最高使用温度1600℃/2000℃

◆ 实时动态测量烧结过程中收缩形变：非接触测量和记录样品烧结过程中高度、宽度和面积随温度变化曲线

◆ 判断各特征温度：烧结点、软化点、球化、半球化、熔点