以超重力熔铸新技术制备透明陶瓷材料的应用基础研究

本课题旨在建立和发展一种制备透明陶瓷材料的超重力熔铸新技术；研究以该技术制备三类透明陶瓷材料,即纳米结构的稀土铝酸盐透明陶瓷、织构化Al2O3透明陶瓷以及YAG透明陶瓷。通过设计纳米铝热剂反应体系，利用超重力场对陶瓷熔体中传热、传质和凝固过程的促进作用，制备出光学性能优异的透明陶瓷材料。研究陶瓷熔体非平衡相变过程，揭示超重力场与液固相变耦合方式对透明陶瓷组织结构的影响规律；研究组分设计和非晶陶瓷的晶化处理工艺对透明陶瓷微结构演化、应力缓和以及光学性能的影响规律；建立超重力场作用下燃烧合成熔铸透明陶瓷过程中的传热和传质模型，揭示透明陶瓷微观结构演化过程动力学和组织形成机制。.通过课题研究，可以拓展透明陶瓷材料的制备技术手段，实现透明陶瓷材料的新功能创制。为设计和制备纳米结构新型透明陶瓷材料开辟一条新途径。

本课题研究并发展了一种通过熔体凝固方法制备陶瓷及玻璃陶瓷材料的新技术，这是一种不同于传统的通过粉末烧结致密化手段获得陶瓷材料的崭新的材料制备方法。其主要特征是：通过铝热反应自放热、而不是外部加热手段获得超高温熔体，同时通过超重力场辅助实现陶瓷熔体的分离和凝固。采用超重力熔铸技术，研制成功了纳米结构的稀土铝酸盐透明陶瓷、YAG透明陶瓷以及织构化Al2O3透明陶瓷共三类陶瓷材料，并搞清了超重力场中传热、传质、形核的规律和机制。为了完成以上研究工作，先后研制成功了大、小两台超重力系数高达10000g的超重力燃烧合成新装置。.. 基于所发现的超重力熔铸技术还具有可实验筛选非晶陶瓷组分的新功能，进一步发展了以“火焰喷淬+非晶晶化”组合手段制备纳米晶透明陶瓷的新技术，建立了粘性流动烧结致密化及受控晶化动力学，并制备出具有优良的光学和力学性能的Re-Al-Si-O系纳米晶透明陶瓷和荧光陶瓷。