立方相氧化鋯在可見光波段的折射率接近2.2，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的光學(xué)玻璃和光學(xué)樹脂（1.5~1.8）。立方相氧化鋯可以用于制作光學(xué)鏡頭，迎合了如數(shù)碼相機(jī)和望遠(yuǎn)鏡等現(xiàn)代光學(xué)器件的大視角和小型化的發(fā)展趨勢。但氧化鋯單晶的生長需要很高的溫度和較長的周期，其制備成本很高。隨著透明陶瓷技術(shù)的不斷發(fā)展，其在力學(xué)和光學(xué)等方面的優(yōu)勢使其得到較多的關(guān)注，因此在相對較低的溫度下制備出氧化鋯透明陶瓷成為新的選擇。此外，氧化鋯透明陶瓷在可見光和中紅外波段具有良好的透過率，且耐磨損、耐酸堿腐蝕、耐雨水侵蝕，有望用作窗口材料。

近年來，透明陶瓷研究中心李江研究員團(tuán)隊深入開展了氧化鋯透明陶瓷的研究工作，并取得了系列研究進(jìn)展。該團(tuán)隊以商業(yè)8YSZ（釔穩(wěn)定氧化鋯）粉體為原料，系統(tǒng)研究了預(yù)燒溫度對陶瓷內(nèi)部氣孔和晶粒尺寸的影響，結(jié)合熱等靜壓燒結(jié)制備出了兼具光學(xué)透過率和力學(xué)性能的氧化鋯透明陶瓷。隨著熱等靜壓燒結(jié)的溫度從1350℃升高至1550℃，陶瓷在800nm處的直線透過率從65.3%升高至74.2%，平均晶粒尺寸從2.4μm增大至16.3μm，抗彎強(qiáng)度從328±20MPa降低至289±19MPa。較高的熱等靜壓燒結(jié)溫度能夠產(chǎn)生更強(qiáng)的燒結(jié)驅(qū)動力，氣孔排除更充分，陶瓷光學(xué)透過率更好，但陶瓷的晶粒會長大，相應(yīng)力學(xué)性能下降。相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Advanced Ceramics（2022，doi: 10.1007/s40145-022-0602-6）。

同時，該團(tuán)隊以成本低、來源廣的ZrOCl₂·8H₂O和Y(NO₃)₃為原料，NH3·H₂O為沉淀劑，采用共沉淀法合成了Y_0.16Zr_0.84O_1.92納米粉體，并通過空氣預(yù)燒結(jié)合熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)成功制備出了直線透過率達(dá)到65.3%@800nm的氧化鋯透明陶瓷。該研究團(tuán)隊接著調(diào)控共沉淀工藝中滴定終點的pH值來優(yōu)化納米粉體的分散性和燒結(jié)活性，并將氧化鋯透明陶瓷的光學(xué)透過率提升至67.8%@800nm。該團(tuán)隊又通過優(yōu)化預(yù)燒溫度來提高氧化鋯透明陶瓷的光學(xué)透過率。結(jié)果表明，1300℃空氣預(yù)燒結(jié)合熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)制備的氧化鋯透明陶瓷具有更好的光學(xué)質(zhì)量，其直線透過率達(dá)到72.4%@800nm。相關(guān)研究結(jié)果分別發(fā)表于Scripta Materialia（2019, 171: 98-101）、Optical Materials（2019, 98: 109475）和Optical Materials（2020, 100: 109645）。上述論文第一作者均為上海硅酸鹽所博士研究生陳鵬輝，通訊作者為李江研究員。

將稀土氧化物或過渡金屬氧化物作為著色劑摻入陶瓷中，可以制備出顏色鮮艷、折射率高、理化性能穩(wěn)定、力學(xué)性能優(yōu)異和無毒等特性的彩色氧化鋯透明陶瓷，克服了彩色氧化鋯單晶極高的制備溫度下著色劑嚴(yán)重?fù)]發(fā)的難題。目前國內(nèi)外對氧化鋯透明陶瓷研究主要集中于無色或淡黃色上，因此對氧化鋯透明陶瓷顏色研究以及開發(fā)具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價值。近期，李江研究員團(tuán)隊與江蘇大學(xué)材料學(xué)院劉強(qiáng)教授合作開展了關(guān)于彩色氧化鋯透明陶瓷的研究工作，并取得了研究進(jìn)展。該團(tuán)隊以商業(yè)8YSZ粉體和CeO₂粉體為原料，采用固相混合著色法結(jié)合兩步燒結(jié)技術(shù)制備了直線透過率為70.7%@700nm，紅色度a*為57.1的彩色氧化鋯透明陶瓷。該紅色氧化鋯透明陶瓷制備技術(shù)可有效避免著色劑的揮發(fā)，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于Optical Materials（2022, 129: 112484）。為提高紅色陶瓷的著色均勻性，研究團(tuán)隊采用共沉淀法合成了均勻摻雜的Ce:8YSZ納米粉體，并通過兩步燒結(jié)技術(shù)制備了直線透過率為47.6%@700nm，紅色度為52.0的氧化鋯透明陶瓷。該類紅色氧化鋯透明陶瓷的成功制備，可以拓寬氧化鋯陶瓷在濾光片、信號燈罩等領(lǐng)域的應(yīng)用。相關(guān)研究成果發(fā)表于Journal of Inorganic Materials（2022, doi:10.15541/jim20220025）。上述論文第一作者為上海硅酸鹽所和江蘇大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生王倩，通訊作者為李江研究員。

（a）氧化鋯陶瓷預(yù)燒體和（b）氧化鋯透明陶瓷的SEM微觀形貌，氧化鋯透明陶瓷（厚度4.0mm）的（c）實物圖和（d）直線透過率曲線

紅色氧化鋯透明陶瓷的實物圖和直線透過率曲線