本发明专利技术涉及一种通过使用单轴热压然后热均压来烧结硫族化物粉末、例如ZnS粉末而制备的多晶IR透明材料。本发明专利技术所描述的材料的微晶结构比使用现有技术所制备的材料的微结构更精细。通过使用颗粒大小足够精细以提高烧结性能但足够粗糙以防止纤锌矿-闪锌矿转变温度降低的粉末，在不降低光学性能的情况下生成强度提高的高透明材料。在部件已经达到期望温度后，通过施压在热压过程中获得高度的透明性。这允许某些程度的塑性变形并且防止可能包埋空隙的快速晶粒生长。在此处理过程中产生的晶体孪生进一步抑制热均压过程中的晶体生长。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种通过使用单轴热压然后热均压来烧结硫族化物粉末、例如ZnS粉末而制备的多晶IR透明材料。本专利技术所描述的材料的微晶结构比使用现有技术所制备的材料的微结构更精细。通过使用颗粒大小足够精细以提高烧结性能但足够粗糙以防止纤锌矿-闪锌矿转变温度降低的粉末，在不降低光学性能的情况下生成强度提高的高透明材料。在部件已经达到期望温度后，通过施压在热压过程中获得高度的透明性。这允许某些程度的塑性变形并且防止可能包埋空隙的快速晶粒生长。在此处理过程中产生的晶体孪生进一步抑制热均压过程中的晶体生长。【专利说明】多晶体硫族化物陶瓷材料
本专利技术涉及一种多晶体材料，其透射红外线光谱内的光线、例如0. 7-14ym波长 范围内的光线，诸如0.7-1. Ομπι近红外范围、3-5 μπι的中波红外（MWIR)范围或者8-14 μπι 的长波红外（LWIR)范围的光线。这样的材料用于红外窗口、拱顶和透镜应用中。本专利技术还 涉及一种制备多晶体ZnS陶瓷材料的独特方法。
技术介绍
红外传感器用于民用和军事应用。例如，红外传感器可以用于热追踪导弹的导航 技术或可以用于检测发射红外辐射的任何物体。为了保护这些易碎和敏感装置，IR传感器 一般定位在称作红外窗口或拱顶的结构后面。例如，外部的IR窗口或拱顶用于卫星、导弹、 航空器和其他类似装置。这些IR窗口提供两个基本功能。首先，IR窗口当然必须能够将 红外光线透射到IR传感器。另外，IR窗口必须能够保护传感器不受外部环境伤害。 如Propst et al. (US 5, 425, 983)所述，对于飞行器、诸如导弹和航空器中，IR传 感器一般安装在导弹或航空器的鼻部或腹部并且因此沿飞行路径的方向面向前方，以在向 前的方向上具有自由视野。因此，尤其在当导弹或航空器高速行驶和/或飞越沙漠区域时， 保护IR传感器的IR窗口或拱顶由于诸如雨水和灰尘等颗粒而承受损伤、恶化或腐蚀。这 可能导致窗口材料强度的降低、窗口透射红外光线能力的降低或者甚至于窗口材料自身的 失效。 红外窗口由例如在2-12 μπι或8-14 μπι波长范围中透明的材料制成。即，它们透 射例如至少50%的相当大比例的入射红外光线。为了获得此水平的透射，用于红外窗口或 拱顶的一般材料是蓝宝石、锗、硅、氟化镁、磷化镓、以及诸如硫化锌、硒化锌、碲化锌以及碲 化镉的硫族化物材料（II-VI材料）。 虽然这些材料在至少一部分红外光谱内呈现足够的透射率，但是它们的强度对于 某些应用而言不是始终足够的。作为红外窗口材料，蓝宝石的强度是很大的。但是，蓝宝石 透射中波长范围的红外光线的能力在5 μπι波长处降低并且对6 μπι及以上波长的红外光线 不具有透过性。另外，蓝宝石难以机加工并且因此可能不适于需要特殊弯曲度的应用，诸如 用于在制导导弹的鼻部中保护传感器的IR拱顶。 诸如硫化锌、硒化锌、锗、砷化镓等其他材料在红外光谱中、甚至在更大厚度下保 持良好的透射水平。但是，这些材料的强度在许多情况下不足以抵抗某些应用中IR窗口暴 露的腐蚀以及恶化、诸如在高速导弹和航空器中暴露到雨水和灰尘。 多年前，在红外窗口的生产中已经知道使用硫化锌。起初，硫化锌IR窗口通过热 压处理制成。例如，见Carnall et al. (US 3, 131，025和US 3, 131，238)，其公开了一种通过 将硫化锌粉末放置在模具中然后将模具抽成真空来制备由多晶体制成的光学元件的方法。 将硫化锌加热到1420 °F -1770 °F (例如，1550 °F )的高温并且然后在保持高温同时通过液 压机使硫化锌承受 20000-40000psi 的压力 5-35 分钟。Carnall et al. (US 3,131,026)、 Roy et al. (US 3, 454, 685)、以及 Martin et al. (US 4,366,141)也公开了用于热压硫化 锌粉末的材料和方法。 但是，还需要提供具有更好光学性能的更大尺寸的ZnS材料。因此，开发出了用于 制造 ZnS窗口的化学气相沉积（CVD)方法。在CVD方法中，气化的锌固体与硫化氢在高温 下（high-temperat)反应。例如 Teverovsky et al. (US 5,383,969)公开了用于 CVD 生产 ZnS的方法和设备。但是，仍需要提供一种红外光学材料，其不但在红外光谱内呈现足够的 光学性能，并且具有改善的机械性能、诸如高硬度，以承受IR窗口和拱顶所暴露的恶劣环 境。
技术实现思路
因此，本专利技术的一方面在于提供一种多晶体陶瓷成分，其在0. 7-14 μ m波长范围 内、例如I-IOym或8-12 μπι波长范围内呈现良好的光学透射性能。本专利技术的另一方面在 于这样材料在红外窗口、拱顶和透镜应用中的用途。本专利技术的又一方面在于用于制备本发 明多晶体陶瓷材料的独特方法。 在说明书和随附的权利要求的进一步地研宄的基础上，本领域一般技术人员能够 清楚了解本专利技术的其他方面和优点。 因此，根据本专利技术，提供一种烧结多晶体陶瓷体，其包括具有立方结构的多晶性型 的硫族化物材料、例如硫化锌闪锌矿，并且所述硫族化物材料在IIOOnm波长处具有小于等 于2. 75CHT1的消光系数以及大于180kg/mm2的维氏硬度。 根据本专利技术，多晶体陶瓷材料可以选自呈现具有立方结构的多晶性型的任何硫族 化物材料，诸如硫化锌、硒化锌、碲化锌或碲化镉。优选地，如果不是全部或基本全部，多晶 体陶瓷材料主要由闪锌矿（立方）多晶体结构的硫化锌组成。 本专利技术的多晶体陶瓷材料（优选ZnS)透射红外光谱中的光线。例如，6mm厚的多晶 体ZnS陶瓷材料优选例如在0. 7-3 μ m波长范围、3. 0-8. 0 μ m波长范围和/或8. 0-12. 0波 长范围内透射至少40 %的入射红外光线、优选至少60 %的入射红外光线、更优选至少70% 的入射红外光线。 根据本专利技术的一方面，多晶体ZnS陶瓷材料在IlOOnm波长下的消光系数优选小于 等于2. 75CHT1、更优选小于等于1. δαιΓ1、最优选小于等于0. δαιΓ1，例如0. 2〇11'0. IcnT1或甚 至于 0. 05cm 1O 本专利技术的多晶体ZnS陶瓷材料还呈现有益的物理性能。对于硬度而言，本专利技术的 多晶体ZnS材料呈现高维氏硬度和努氏硬度值。例如，本专利技术的多晶体ZnS材料的维氏硬 度优选大于等于180kg/mm 2 (例如18〇-265kg/mm2)、更优选大于等于200kg/mm2、非常优选大 于等于210kg/mm 2、特别优选大于等于230kg/mm2以及最优选大于等于250kg/mm2。 相似地，本专利技术的多晶体ZnS材料在0. IN的力下测量的努氏压痕硬度优选至少 大于等于180kg/mm2 (例如18〇-265kg/mm2)、更优选大于等于200kg/mm2、非常优选大于等于 225kg/mm 2、特别优选大于等于250kg/mm2以及最优选大于等于260kg/mm2。 在最常用的应用中，ZnS材料用于其中材料在0.7-14μπι波长范围的较宽部分内 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种烧结的多晶体陶瓷体，包括具有立方结构的多晶性型的硫族化物材料，并且所述硫族化物材料在1100nm处具有小于等于2.0cm‑1的消光系数以及大于等于180kg/mm2的维氏硬度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：凯斯·格雷戈里·罗曾堡，埃里克·赫克托·尤如蒂，
申请(专利权)人：肖特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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