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高温环境下蓝宝石窗片性能稳定性测试研究
蓝宝石（α-Al₂O₃单晶）作为光学窗口材料，广泛应用于高功率激光器、高温观测设备和航空航天领域。针对其高温环境下的性能稳定性，需系统开展以下测试：
1. 高温光学性能测试
在250-1000℃范围内，采用积分球光谱仪测试透射率变化。实验表明，蓝宝石在400-5000nm波段透射率随温度升高呈非线性下降，800℃时可见光波段透射率下降约5%，主要源于晶格振动增强导致的声子散射。红外波段（3-5μm）透射率保持率优于95%，验证了其作为高温红外窗口的可靠性。
2. 热机械稳定性测试
通过热膨胀系数（CTE）测量发现，沿c轴方向CTE为7.5×10⁻⁶/℃（RT-600℃），各向异性导致温度梯度下产生约0.12%的晶格畸变。三点弯曲试验显示，600℃时抗弯强度保持常温值的88%，断裂韧性无明显劣化。热冲击试验（ΔT=500℃/min）经100次循环后未出现裂纹扩展，证明其优异的热震抗力。
3. 表面稳定性分析
XPS表征发现，1000℃/24h处理后表面氧空位浓度增加0.8at%，导致表面粗糙度Ra由0.5nm增至1.2nm。高温氧化实验表明，在空气环境下800℃暴露100h后，表面仅形成2-3nm非晶氧化层，未发生相变或结构破坏。
测试结论表明，蓝宝石窗片在800℃以下长期使用具有优异的光-机稳定性，但在高温（>1000℃）环境下需配合主动冷却系统。建议在激光加工等瞬态高温场景中，控制窗口表面温度梯度不超过200℃/mm以避免热应力失效。
