襄陽(yáng)氧化鎂(MgO)是一種白色精細陶瓷粉末,除了可以自身燒結制成MgO陶瓷,還可以與其他化合物合成、復合或者作為添加劑,制成高性能陶瓷或晶體。MgO的典型應用場(chǎng)景如下:
一、作為主要成分的典型應用
1. MgO透明陶瓷
MgO透明陶瓷(規格:CGC-1)具有低密度、耐高溫、高絕緣、優(yōu)異的力學(xué)性能、較高的紅外透過(guò)率、良好的化學(xué)穩定性和較低的發(fā)射率等優(yōu)點(diǎn),是一種高性能紅外窗口和傳感器保護材料等[1]。
2. MgAl2O4透明陶瓷
MgAl2O4透明陶瓷具有幾乎覆蓋紫外到紅外區域(190nm<λ<6000nm)的優(yōu)良光學(xué)透過(guò)率,還具有高硬度、高強度、耐高溫、低輻射率、耐砂蝕雨蝕和抗沖擊等優(yōu)點(diǎn),已在透明裝甲、導彈窗口和整流罩等領(lǐng)域實(shí)現廣泛應用[2]。MgAl2O4由MgO(規格:GFS-1)和Al2O3按化學(xué)計量比1:1反應而成,MgO質(zhì)量占比為28.2%。
3. Co2+摻雜MgAl2O4晶體
Co2+摻雜的鎂鋁尖晶石(Co:MgAl2O4)晶體是用于近紅外區域工作的無(wú)源調Q固態(tài)激光器的有效材料,通過(guò)它的被動(dòng)調Q作用產(chǎn)生的高峰值功率脈沖激光具有人眼傷害小、穿透能力強、傳輸損耗小和光電對抗能力強等特點(diǎn),可廣泛應用于空間光通信、戰場(chǎng)快速測距以及無(wú)人設備的激光雷達等領(lǐng)域。Co2+摻雜MgAl2O4晶體中99.995%高純MgO(規格:CGC-1)質(zhì)量占比與MgAl2O4透明陶瓷相近。
4. MgO-Y2O3復相陶瓷
利用MgO(規格:GFS-1)和納米Y2O3之間存在的“釘扎效應”來(lái)相互抑制晶粒生長(cháng),可制備出力學(xué)性能高于單相,光學(xué)透過(guò)率不遜于單相的MgO-Y2O3復相陶瓷,可用于制造透明裝甲、導彈頭罩、高溫觀(guān)察窗口以及航空窗口等[4]。在MgO-Y2O3復相陶瓷中MgO與Y2O3的體積比通常為1:1,換算成質(zhì)量MgO大約占比為41.7%。
5. MgO系微波介質(zhì)陶瓷
隨著(zhù)移動(dòng)通信,衛星通信技術(shù)的更新迭代,人們對于通信時(shí)頻段的要求越來(lái)越高,使得低介高Q陶瓷成為研究熱點(diǎn)。一方面,MgO陶瓷本身具有優(yōu)越的介電性能(εr=9.1,tanδ<1.6×10-6),是一種理想的5G通訊用微波介質(zhì)基板材料[5]。另一方面,MgO-TiO2系(主要為MgTiO3)微波介質(zhì)陶瓷由于具有優(yōu)異的介電性能,在諧振器和濾波器等電子元器件中有著(zhù)重要的應用前景。MgTiO3由MgO(規格:GFS-2)和TiO2按化學(xué)計量比1:1反應而成,MgO質(zhì)量占比為33.3%。
二、作為添加劑的典型應用
1. 作為高性能陶瓷散熱基板的燒結助劑
隨著(zhù)高鐵、航空航天及軍工領(lǐng)域的大功率電子器件朝著(zhù)高溫、高頻和高集成度等方向發(fā)展,高效散熱成為迫切需求。大功率器件通過(guò)陶瓷覆銅板實(shí)現與外界的熱交換。目前主流的陶瓷基板有Si3N4、AlN和Al2O3三種,都需要采用MgO(規格:GFS-1)作為燒結助劑。尤其是對于綜合性能的Si3N4陶瓷,為避免Al2O3作為助劑產(chǎn)生的晶格缺陷增加聲子散射,MgO(規格:GFS-1)成為制備高導熱Si3N4陶瓷的燒結助劑,其使用量約為3%。
2. MgAl2O4透明陶瓷
MgAl2O4透明陶瓷具有幾乎覆蓋紫外到紅外區域(190nm<λ<6000nm)的優(yōu)良光學(xué)透過(guò)率,還具有高硬度、高強度、耐高溫、低輻射率、耐砂蝕雨蝕和抗沖擊等優(yōu)點(diǎn),已在透明裝甲、導彈窗口和整流罩等領(lǐng)域實(shí)現廣泛應用[2]。MgAl2O4由MgO(規格:GFS-1)和Al2O3按化學(xué)計量比1:1反應而成,MgO質(zhì)量占比為28.2%。
3. Co2+摻雜MgAl2O4晶體
Co2+摻雜的鎂鋁尖晶石(Co:MgAl2O4)晶體是用于近紅外區域工作的無(wú)源調Q固態(tài)激光器的有效材料,通過(guò)它的被動(dòng)調Q作用產(chǎn)生的高峰值功率脈沖激光具有人眼傷害小、穿透能力強、傳輸損耗小和光電對抗能力強等特點(diǎn),可廣泛應用于空間光通信、戰場(chǎng)快速測距以及無(wú)人設備的激光雷達等領(lǐng)域。Co2+摻雜MgAl2O4晶體中99.995%高純MgO(規格:CGC-1)質(zhì)量占比與MgAl2O4透明陶瓷相近。
4. MgO-Y2O3復相陶瓷
利用MgO(規格:GFS-1)和納米Y2O3之間存在的“釘扎效應”來(lái)相互抑制晶粒生長(cháng),可制備出力學(xué)性能高于單相,光學(xué)透過(guò)率不遜于單相的MgO-Y2O3復相陶瓷,可用于制造透明裝甲、導彈頭罩、高溫觀(guān)察窗口以及航空窗口等[4]。在MgO-Y2O3復相陶瓷中MgO與Y2O3的體積比通常為1:1,換算成質(zhì)量MgO大約占比為41.7%。
5. MgO系微波介質(zhì)陶瓷
隨著(zhù)移動(dòng)通信,衛星通信技術(shù)的更新迭代,人們對于通信時(shí)頻段的要求越來(lái)越高,使得低介高Q陶瓷成為研究熱點(diǎn)。一方面,MgO陶瓷本身具有優(yōu)越的介電性能(εr=9.1,tanδ<1.6×10-6),是一種理想的5G通訊用微波介質(zhì)基板材料[5]。另一方面,MgO-TiO2系(主要為MgTiO3)微波介質(zhì)陶瓷由于具有優(yōu)異的介電性能,在諧振器和濾波器等電子元器件中有著(zhù)重要的應用前景[6]。MgTiO3由MgO(規格:GFS-2)和TiO2按化學(xué)計量比1:1反應而成,MgO質(zhì)量占比為33.3%。
二、作為添加劑的典型應用
1. 作為高性能陶瓷散熱基板的燒結助劑
隨著(zhù)高鐵、航空航天及軍工領(lǐng)域的大功率電子器件朝著(zhù)高溫、高頻和高集成度等方向發(fā)展,高效散熱成為迫切需求。大功率器件通過(guò)陶瓷覆銅板實(shí)現與外界的熱交換。目前主流的陶瓷基板有Si3N4、AlN和Al2O3三種,都需要采用MgO(規格:GFS-1)作為燒結助劑。尤其是對于綜合性能的Si3N4陶瓷,為避免Al2O3作為助劑產(chǎn)生的晶格缺陷增加聲子散射,MgO(規格:GFS-1)成為制備高導熱Si3N4陶瓷的燒結助劑,其使用量約為3%。
2. 作為Al2O3、YAG和AlON等透明陶瓷的燒結助劑
Al2O3、YAG和AlON等透明陶瓷,都具有力學(xué)性能好、化學(xué)性質(zhì)穩定和優(yōu)異的光學(xué)透過(guò)性,廣泛用于照明、光學(xué)與醫用儀器、裝甲和紅外探測等諸多領(lǐng)域。MgO(規格:GFS-1)作為助劑可以顯著(zhù)降低固相反應溫度,拖拽晶界遷移速度,排出氣孔,促進(jìn)致密化;通過(guò)釘扎效應抑制晶界遷移,避免晶粒異常長(cháng)大,優(yōu)化力學(xué)性能。MgO在此類(lèi)透明陶瓷中的添加量比較低(<1%),但其分散性卻非常重要。
3. 作為ZTA耐磨陶瓷的燒結助劑
Al2O3和ZrO2都具有耐高溫、耐磨損和較好的生物相容性等特性。以ZrO2增韌Al2O3制備ZTA納米復相陶瓷,可揚長(cháng)避短,充分發(fā)揮其集成優(yōu)勢,在航空航天、發(fā)動(dòng)機耐磨部件及人工股骨球頭等方面具有重要應用。MgO(規格:GFS-1)在ZTA陶瓷中的致密化及晶粒細化機制與其在A(yíng)l2O3中類(lèi)似,其使用量約為2%。
4. 作為L(cháng)iNbO3晶體添加劑
摻鎂鈮酸鋰(MgO:LiNbO3)晶體,在激光器中的NCPM倍頻、混頻和光參量振蕩(OPO)的應用中有其獨有的優(yōu)勢,被廣泛地應用于光參量振蕩、光參量放大(OPA)、準相位匹配及集成光波導中[12]。使用99.995%高純MgO(規格:CGC-1)的摻入可以調控LiNbO3的居里溫度,其摻雜量通常低于5mol%,換算成質(zhì)量約低于1.4%。
高性能陶瓷的獲得與其起始原料以及添加劑的性能緊密相關(guān)。廈門(mén)金鎢新材料有限公司應用獨特提純工藝和造粒技術(shù)生產(chǎn)的高純超細高分散襄陽(yáng)氧化鎂GFS-1,GFS-2具有以下優(yōu)勢:
(1)純度高達99.95%和99.995%,鈉含量極低;
(2)分散性好,易實(shí)現在各類(lèi)陶瓷基體中的均勻分布;
(3)粒徑小、尺寸分布均勻、燒結活性高;球形度佳,流動(dòng)性好,易成型。