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氧化鎂（MgO）是一種白色精細陶瓷粉末，除了可以自身燒結(jié)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的典型應用場景如下：

 

• 作為主要成分的典型應用
  • MgO透明陶瓷

MgO透明陶瓷（規(guī)格：CGC-1）具有低密度、耐高溫、高絕緣、優(yōu)異的力學性能、較高的紅外透過率、良好的化學穩(wěn)定性和較低的發(fā)射率等優(yōu)點，是一種高性能紅外窗口和傳感器保護材料等^[1]。

• • MgAl₂O₄透明陶瓷

MgAl₂O₄透明陶瓷具有幾乎覆蓋紫外到紅外區(qū)域（190nm＜λ＜6000nm）的優(yōu)良光學透過率，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，已在透明裝甲、導彈窗口和整流罩等領域?qū)崿F(xiàn)廣泛應用^[2]。MgAl₂O₄由MgO（規(guī)格：GFS-1）和Al₂O₃按化學計量比1:1反應而成，MgO質(zhì)量占比為28.2%。

• • 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(qū)域工作的無源調(diào)Q固態(tài)激光器的有效材料，通過它的被動調(diào)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，可廣泛應用于空間光通信、戰(zhàn)場快速測距以及無人設備的激光雷達等領域^[3]。Co²⁺摻雜MgAl₂O₄晶體中99.995%高純MgO（規(guī)格：CGC-1）質(zhì)量占比與MgAl₂O₄透明陶瓷相近。

• • MgO-Y₂O₃復相陶瓷

利用MgO（規(guī)格：GFS-1）和納米Y₂O₃之間存在的“釘扎效應”來相互抑制晶粒生長，可制備出力學性能高于單相，光學透過率不遜于單相的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%。

• • MgO系微波介質(zhì)陶瓷

隨著移動通信，衛(wèi)星通信技術的更新迭代，人們對于通信時頻段的要求越來越高，使得低介高Q陶瓷成為研究熱點。一方面，MgO陶瓷本身具有優(yōu)越的介電性能（ε_r=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重要的應用前景^[6]。MgTiO₃由MgO（規(guī)格：GFS-2）和TiO₂按化學計量比1:1反應而成，MgO質(zhì)量占比為33.3%。

• 作為添加劑的典型應用
  • 作為高性能陶瓷散熱基板的燒結(jié)助劑

隨著高鐵、航空航天及軍工領域的大功率電子器件朝著高溫、高頻和高集成度等方向發(fā)展，高效散熱成為迫切需求。大功率器件通過陶瓷覆銅板實現(xiàn)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(guī)格：GFS-1）作為燒結(jié)助劑。尤其是對于綜合性能極佳的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(guī)格：GFS-1）成為制備高導熱Si₃N₄陶瓷的必選燒結(jié)助劑，其使用量約為3%。

 

圖1 以MgO-Y₂O₃和Al₂O₃-Y₂O₃為燒結(jié)助劑的氮化硅陶瓷熱導率比較

• • 作為Al₂O₃、YAG和AlON等透明陶瓷的燒結(jié)助劑 

Al₂O₃、YAG和AlON等透明陶瓷，都具有力學性能好、化學性質(zhì)穩(wěn)定和優(yōu)異的光學透過性，廣泛用于照明、光學與醫(yī)用儀器、裝甲和紅外探測等諸多領域。MgO（規(guī)格：GFS-1）作為助劑可以顯著降低固相反應溫度，拖拽晶界遷移速度，排出氣孔，促進致密化；通過釘扎效應抑制晶界遷移，避免晶粒異常長大，優(yōu)化力學性能。MgO在此類透明陶瓷中的添加量比較低（<1%），但其分散性卻非常重要。

 

圖2 Al₂O₃晶粒尺寸隨MgO添加量的變化^[7]

 

圖3 不添加與添加MgO的Al₂O₃陶瓷可見光透過情況^[8]

 

圖4 YAG光學透過率隨MgO添加量的變化^[9]

 

圖5 AlON光學透過率與添加MgO（規(guī)格：GFS-1）等燒結(jié)助劑的關系^[10]

 

• • 作為ZTA耐磨陶瓷的燒結(jié)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，可揚長避短，充分發(fā)揮其集成優(yōu)勢，在航空航天、發(fā)動機耐磨部件及人工股骨球頭等方面具有重要應用。MgO（規(guī)格：GFS-1）在ZTA陶瓷中的致密化及晶粒細化機制與其在Al₂O₃中類似，其使用量約為2%。

 

圖6 ZTA陶瓷斷裂韌性和維氏硬度隨MgO（規(guī)格：GFS-1）添加量的變化^[11]

• • 作為LiNbO₃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(guī)格：CGC-1）的摻入可以調(diào)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。廈門金鎢新材料有限公司應用獨特提純工藝和造粒技術生產(chǎn)的高純超細高分散氧化鎂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，易實現(xiàn)在各類陶瓷基體中的均勻分布；

（3）粒徑小、尺寸分布均勻、燒結(jié)活性高；球形度佳，流動性好，易成型。

圖6 高分散性氧化鎂GFS-1, GFS-2，CGC-1光學及顯微形貌

 

產(chǎn)品規(guī)格	GFS-1	GFS-2	CGC-1
粉體性能
比表面積(m2/g)	7.2	70.4	8.5
D50（µm）	0.59	0.98	0.51
化學成分
MgO (%)	≥99.95	≥99.95	99.995%
Cl (%)	0.048	0.035	0.002
Al (ppm)	10	5	3
B (ppm)	1	1	1
Ca (ppm)	19	4	2
Fe (ppm)	9	4	1
Na (ppm)	2	12	2
P (ppm)	<1	<1	<0.5
S (ppm)	<1	<1	<0.5
Si (ppm)	9	7	5

 

GFS-1\GFS-2系列高分散性氧化鎂一經(jīng)推出便引起導熱陶瓷、透明陶瓷、功能陶瓷領域市場熱烈反響。已使用該產(chǎn)品的科研院所、高校及相關標桿企業(yè)一致認為：使用GFS-1\GFS-2系列高分散性氧化鎂制備的各種產(chǎn)品無論是在產(chǎn)品性能還是穩(wěn)定性方面均達到甚至超過預期。

如果您對GFS-1\GFS-2\CGC-1系列高分散性、高純氧化鎂相關產(chǎn)品感興趣，歡迎您對GFS-1\GFS-2系列高分散性氧化鎂粉體請聯(lián)系廈門金鎢新材料有限公司（網(wǎng)址：www.xmjinwu.com)取得聯(lián)系。

 

資料來源：

[1] 周佳芬等，Y₂O₃對燒結(jié)透明MgO陶瓷性能的影響。

[2] 段錦霞等，鎂鋁尖晶石透明陶瓷研究進展。

[3] 耿延秋等，1.5μm被動調(diào)Q可飽和吸收體用Co：MgAl₂O₄透明陶瓷的制備。

[4] 魏玉靜，SPS制備MgO-Y₂O₃復相陶瓷及其性能研究。

[5] 譚震宇，5G通訊系統(tǒng)用LiF摻雜氧化鎂陶瓷基板的制備與改性研究。

[6] 賈希彬，MgO-TiO₂系微波介電陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能優(yōu)化研究。

[7] 張笑，MgO對快速燒結(jié)制備氧化鋁透明陶瓷光學性能的影響。

[8] 梁堅偉，MgO與Y₂O₃共摻雜對透明氧化鋁陶瓷組織與性能的影響。

[9] I. Vorona etc., Effect of MgO doping on the structure and optical properties of YAG transparent ceramics.

[10] 袁賢陽等，反應燒結(jié)制備AlON透明陶瓷。

[11] Ali Arab etc., Effect of MgO addition on the mechanical and dynamic properties of Zirconia toughened Alumina (ZTA) ceramics.

[12] 諶貝，局域高摻鉺鈮酸鋰晶體的制備及特性表征。