提高蓝宝石高温强度的研究进展

提高蓝宝石高温强度的研究进展冯丽萍等

提高蓝宝石高温强度的研究进展冯丽萍刘正堂

梅,

辉

宋文燕。。

西北工业大学材料学院西安摘要关钮词、

提高蓝宝石高温强度的研究已成为蓝宝石在高速高温应用中一个亚待解决的重要课题简妥介绍了蓝,。

。

宝石的高温失效及几种正在研究与发展的改善方法并提出了今后需要进一步研究的关健问题蓝宝石

高温强度

高温失效

,

,

,

一

一

一

邓

,

,

一

随着航空航天技术及红外技术的高速发展红外光学元件,

的服役环境日益苛刻如超音速飞机空空导弹等高速飞行器,

、

一

飞

蓝宝石的高温失效蓝宝石一般以六角晶型结构存在是具有三重对称中心的,。

的前视红外窗口头罩将承受高温高压热冲击大气中的游离

、

、

、

、

灰尘和冰雹等固体粒子以及雨滴撞击的严峻考验故对红外窗,

单晶材料示。’〕

其三重对称轴也称为光轴通常记作、

轴如图,。

所

口头罩材料的物理性能和化学性能提出了越来越高的要

、

轴

轴与,

。

轴垂直且晶轴,

一。

菱形晶面的解。

求

〕

。

红外窗口头罩是红外系统不可缺少的部件其功能是保,

、

理面用晶一

表示其与,

。

轴倾斜成

人工生长的蓝宝石是单

护热成像系统在高速速度常达、

马赫或更高飞行中以及。

与天然宝石具有相同的光学特性和力学性能砰

在各种严酷的环境条件冲刷下正常工作、、

因此红外窗口材料,,、

除了必须具有高的红外透过率低的吸收系数等优良特性外还必须具有高的机械强度耐磨损抗风沙雨蚀抗化学腐蚀等性

能且在高温低温及辐射作用等各种苛刻条件下其光学和物,

、

,

理化学性能稳定性良好孙

〕

。

与一般的红外光学材料如硅硒化锌、

、

锗

、

硫化锌。

、

】

相比蓝宝石是一种很理想的红外透过材料,、

蓝、

宝石具有一系列优异独特的性能如具有很宽的透过波段包括,

一

从真空紫外可见光近红外到中波红外因而作为许多器件的,

、

元

光学窗口材料此外蓝宝石还具有优异的物理化学力学及热,

。

、

、

性能如高强度高硬度高熔点抗热震性好抗摩擦耐腐蚀等的材料一’

、

、

、

、

、

。

圈

蓝宝石的晶体结构

这些性能决定了它是目前作为中波红外窗口与头罩的最有前途〕。

蓝宝石的高温强度强烈地依赖于晶体取向及测试温度

。

图

然而限制蓝宝石应用的不足之处是其大于,

℃以上沿‘〕。

是蓝宝石的强度随测试温度及晶向变化的关系曲线’〕蓝宝石的强度采用

。

轴的抗压强度迅速降低在,

时蓝宝石的抗压强度仅为室飞行器高,

点弯曲方法测试蓝宝石试样的尺寸为,

温的

,

从而大大限制了其抗热震性等其它性能,,,’〕、

的板条从图的第类板条在。

。

中可以看到长度方向与,

。

轴平行

速飞行过程中由于空气动力加热窗口或头罩很容易达到℃以上的温度〔

。℃具有最高的强度

,

但是随温度的升高其强

这意味着蓝宝石在高速高温应用中需要改,

度损失得也最快类板条在。。。

长度方向与,

轴和

轴平行的第

类和第,,

善其高温强度,

。

本文简要介绍了蓝宝石的高温失效及正在发展。

℃和。

℃之间强度不但没下降反而逐渐升高在。℃左右强度达到最低值

中的几种提高蓝宝石高温强度的方法与技术分析了存在的问题并提出了今后需要进一步研究的关键冯丽萍,,,

之后强度开始降低在

此

后强度略有升高一

第

种类型的板条虽然在一

时强度最低。

年生女博士从事薄膜技术方面的研究

材料导报但随温度的升高其强度是逐渐升高而没有降低以洲。

年,

月第

卷第

期

行热处理的效果好而在富氧的空气环境下进行奴上的效果兹理的富氧环境气氛下进行热处是最好的在加热温度为理保温时间为可以使蓝宝石的抗压强度提高,,。。

声羞酬

二

掺杂掺杂与热处理的目的都在于延迟或阻碍菱形晶面产生孪生但掺杂主要是引发蓝宝石结构中产生局部应力从而影响材料中的变形机制,

,

色盏 )软侧

翎

、入

月勿日‘

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目前在蓝宝石基体中掺杂的元素主要是处理使,

月黝一‘

‘

一一日洲

二

一

一

离子掺杂时要注意的问题是要把掺杂拜因为在的转换为波段范围掺杂蓝宝石具有明显的吸收带从而影响蓝宝石作为红外窗口材料‘对的蓝宝石在空气气氛环境中等〔〕掺杂。℃保

温加热到使蓝宝石的抗压强度提高了蓝宝石中掺杂后进行热处理其抗压强度有明显的提士蓝宝石的强度为高对于未进行热处理的掺士℃保温后其最高强度可达在加热到’,

和在进行的蓝宝石进行热’。

。

,

,

,

,

,

。

,

。

,

,

沮度

℃

〕

。

圈

蓝宝石强度随沮度及品向变化的曲线

表面镀膜蓝宝石在打磨和抛光过程中产生的微小孔洞和裂纹会导致

研究表明随温度的升高沿蓝宝石,。。

。

轴的压应力会导致在

六方晶面上产生孪生图就是由于轴压应力而导致蓝宝石晶面产生孪生的结构简图沁〕当不同晶面上的孪生相互交叉时就会形成裂纹从而造成机械失效。

其高温强度的损失在蓝宝石表面镀压应力薄膜来填充这些微小孔洞和裂纹可以减少导致强度损失的表面缺陷由于材料的性能各有优缺点目前还没有一种材料能够同时具备红外窗口与头罩所需的光学热学及力学等各种性能因一而在红外窗口及头罩材料的表面镀各种复合膜系山川从而使其满足各种使用要求是近年来红外材料研究的重点在等咖〕蓝宝石表面上分别设计了种膜系包括,。

。

,

、

。

,

,

,

。

,

多层复合膜系镀膜后蓝宝石的高温强度有明显的提高在所测镀膜后的蓝宝石断裂强度为未镀膜的倍同时镀膜还可以提高蓝宝石的红而外透过率未镀膜的蓝宝石在中波红外的透过率约为,。

单层膜系和

‘

。

,

。

,

蓝宝石双面镀。

单层膜后在,

拜

波长处其透过率可高达,

山〕因而对于用作红外窗口与头罩材料的蓝宝石来说。

采用表面镀膜的方法不仅可以提高其高温强度还可以提高其红外透过率

精加工

、

、

不圈

如口

回

蓝宝石的表面加工状况可以影响其孪生形成的条件因而。

。

,

蓝宝石一

晶面沿一

。

轴压应力产生李生初

对蓝宝石表面的打磨及抛光机械工序进行合理安排及优化是很有必要的对蓝宝石试样进行机械加工有几种方式试样各 …… 此处隐藏：3114字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……