Polycrystalline transparent ceramics have attracted considerable interest and investigated for various applications such as armors, laser cutting tools, night vision devices, nose cones for IR seeker instead of single crystal. Among them, the transparent $Y_2 O_3$ ceramics is one of the most promising materials for laser host materials, infrared-domes, scintillator and phosphors due to its high melting point, high corrosion resistance and broad range of IR transparency. The fabrication of transparent $Y_2 O_3$ ceramics at lower temperature is possible with the advanced ceramic technologies. As increasing demand for high-end optical applications, there are still remained problems especially in ceramic processing. In this study, the relationship between the ceramic processing and the transparency is investigated to improve the optical performance. The characteristics of pore elimination procedure in raw $Y_2 O_3$ powder and the resultant optical properties of transparent ceramics are studied. The robust approach of fabrication of transparent $Y_2 O_3$ ceramics by stabilizing the oxygen defects is introduced for the first time. Finally, the theoretical calculation of porosity and pore size distribution in the transparent $Y_2 O_3$ ceramics are proposed based on the Mie scattering theory and various pore distribution functions.
다결정 투명세라믹은 기존의 단결정을 대체하는 소재로서 다양한 민/군 응용을 위하여 연구되어왔다. 특히, 투명 이트리아 세라믹은 높은 융점과 기계적 및 화학적 안정성과 넓은 적외선 영역의 광 투광도를 가지고 있기 때문에 레이저 호스트소재, 적외선 투과창, 그리고 섬광체 등에 적용되기에 유망한 소재로 알려져 있다. 근래에는 세라믹 프로세싱의 발전으로 인해 비교적 저온소결로 투명 이트리아 세라믹 제조가 가능해졌다. 더 높은 수준의 광학소재로의 응용을 위해서는 여전히 세라믹 프로세싱의 고도화가 필요하다. 본 연구에서는, 세라믹 프로세싱 변화에 따른 투명세라믹의 광 투광도 연관성과 그 메커니즘에 대해서 분석하고자 하였다. 분말 준비 단계에서의 기공 제거 과정에 대한 원리와 그에 따른 투명 이트리아 소결체의 투광도 변화에 대해서 연구하였다. 또한, 열역학적으로 산소결함의 안정화를 고안하여 고 투광성 이트리아 세라믹을 제조하는 방법에 대해서 연구하였다. 마지막으로, 미 산란이론을 기반으로 한 모델을 이용하여 제조된 투명 이트리아 세라믹 내부에 존재하는 미세기공의 크기와 양 그리고 분포에 대해서 계산 및 예측하는 방법을 제시하였다.
