氧化釔（Y2O3）為立方結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性好，光學(xué)透明性范圍較寬，聲子能量低，容易實(shí)現(xiàn)稀土離子的摻雜。其具有卓越的等離子體抗性，對(duì)于務(wù)必避免顆粒污染的半導(dǎo)體加工設(shè)備應(yīng)用而言是理想之選，因?yàn)樗芙档驮O(shè)備維護(hù)要求，從而提高生產(chǎn)力。

氧化釔透明陶瓷具有優(yōu)異的光學(xué)和熱學(xué)性能,是一種有較高應(yīng)用價(jià)值的功能材料，在高溫窗口、紅外頭罩、發(fā)光介質(zhì)（閃爍、激光和上轉(zhuǎn)換發(fā)光）及半導(dǎo)體行業(yè)具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，現(xiàn)已成為單晶的可替代材料。

圖1.透明氧化釔陶瓷via百度百科

氧化釔的物理化學(xué)性質(zhì)的主要特點(diǎn)

①熔點(diǎn)高，化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性好，光學(xué)透明性范圍較寬（0.23~8.0μm）；

②在1050nm處，其折射率高達(dá)1.89，使其具有80%以上的理論透過(guò)率；

③氧化釔具有足以容納大多數(shù)三價(jià)稀土離子發(fā)射能級(jí)的、較大的異帶到價(jià)帶的有效裁剪，從而實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用的多功能化；

④聲子能量低，其最大聲子截止頻率大約為550㎝-1，低的聲子能量可以抑制無(wú)輻射躍遷的幾率，提高輻射躍遷的幾率，從而提高發(fā)光亮子效率；

⑤熱導(dǎo)率高，約為13.6W/（m·K），高的熱導(dǎo)率對(duì)其作為固體激光截止材料極為重要。

上述特性使得氧化釔透明陶瓷在高溫窗口、紅外探測(cè)、發(fā)光介質(zhì)、半導(dǎo)體行業(yè)具有潛在應(yīng)用價(jià)值。

氧化釔透明陶瓷的燒結(jié)

氧化釔透明陶瓷的制備主要涉及粉體和燒結(jié)技術(shù)兩個(gè)方面：

在粉體方面，有些是直接采用商業(yè)化的高純度粉體為原料，有些則是采用濕化學(xué)法、氣相法等合成的粉體；

在燒結(jié)方面，目前所報(bào)道的由熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、真空燒結(jié)和氫氣氛燒結(jié)（干氫、濕氫），其致密化機(jī)理可以概括為純固相高溫?zé)Y(jié)、液相燒結(jié)/瞬時(shí)液相燒結(jié)、壓力輔助燒結(jié)和固溶活化燒結(jié)。為了提高氧化釔透明陶瓷的光學(xué)質(zhì)量和降低燒結(jié)溫度，一般都需要多種燒結(jié)方式聯(lián)合使用。

氧化釔透明陶瓷的應(yīng)用研究方向 （文獻(xiàn)資料限制，內(nèi)容有限）

氧化釔因優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)被潛在開(kāi)發(fā)于：導(dǎo)彈的紅外窗口和球罩、可見(jiàn)和紅外透鏡、高壓氣體放電燈、陶瓷閃爍體以及陶瓷激光器等領(lǐng)域中。

①高壓氣體放電燈燈管：氧化釔具有立方相結(jié)構(gòu)，光學(xué)性能各向同性，化學(xué)穩(wěn)定性高，能耐金屬鈉蒸氣和其他金屬鹵化物蒸氣腐蝕，將其用于高強(qiáng)度氣體放電燈領(lǐng)域一直是研究人員努力的方向，雖有進(jìn)展，但距離實(shí)際應(yīng)用推廣還存在技術(shù)成本等因素限制。

②窗口材料：在3~5μm具有良好光學(xué)透過(guò)性能的材料在軍事領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，盡管研究人員在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)各種燒結(jié)工藝成功研制出過(guò)透過(guò)率較好的氧化釔透明陶瓷，但是由于目前商業(yè)納米氧化釔粉體含有的雜質(zhì)較多，其光學(xué)性能尚無(wú)法滿足實(shí)際的應(yīng)用需求。

圖2.透明透明圓頂

③Y2O3基閃爍陶瓷：上世紀(jì)八十年代有研究人員燒結(jié)制備出(Y,Gd)2O3:Eu,Pr透明陶瓷。Gd2O3的摻雜提高了樣品的密度，也提高其X射線吸收系數(shù)，該材料因具有較高的光輸出、較短的余暉時(shí)間以及與探測(cè)器匹配的發(fā)射峰位，作為陶瓷閃爍體已裝備于GE醫(yī)療部門(mén)所生產(chǎn)的X-CT，每年產(chǎn)量以噸計(jì)，商業(yè)價(jià)值頗高。

④Y2O3透明陶瓷的上轉(zhuǎn)換發(fā)光：Y2O3作為優(yōu)異的發(fā)光材料基質(zhì)，很早就應(yīng)用于燈用熒光粉及電致發(fā)光等領(lǐng)域。有研究表明Y2O3:還具有較低的聲子能量（500㎝-1），與目前上轉(zhuǎn)換效率較高的ZBLAN玻璃（一種氟化物玻璃，其聲子能量為500㎝-1）相當(dāng)。有研究表明，經(jīng)過(guò)不同稀土離子摻雜的透明氧化釔陶瓷在980nmLD激發(fā)下表現(xiàn)出良好的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能，在420-680nm實(shí)現(xiàn)藍(lán)色、綠色、橙色和紅色等多個(gè)波長(zhǎng)的上轉(zhuǎn)換發(fā)射。

總結(jié)

本質(zhì)上氧化釔透明陶瓷的制備與其他特種陶瓷并無(wú)太大區(qū)別，但是粉體原材料和燒結(jié)工藝兩個(gè)環(huán)節(jié)的不同就會(huì)使透明陶瓷的光學(xué)質(zhì)量呈現(xiàn)完全不同的狀態(tài)。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)對(duì)氧化釔的研究暫時(shí)處于實(shí)驗(yàn)室研究的進(jìn)度上，距離批量投入民用市場(chǎng)并針對(duì)具體的實(shí)際應(yīng)用上還有很長(zhǎng)的一段路要走。

參考文獻(xiàn)：《氧化釔透明陶瓷的研究進(jìn)展》靳玲玲 蔣志君 章健 王士維——《硅酸鹽學(xué)報(bào)》《Y2O3透明陶瓷的研究進(jìn)展》——呂濱 孫挺 王毅