面向2050透明陶瓷基片的制备及在照明四
透明陶瓷论文
透明陶瓷论文公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]透明陶瓷的制备与用途摘要一般陶瓷是不透明的，但是光学陶瓷像玻璃一样透明，故称透明陶瓷。
目前制备透明陶瓷的方法主要有：透明32O Al 陶瓷制备；无水乙醇注浆成型制备YAG 透明陶瓷；32O Y 透明陶瓷等。
主要的制备过程与传统陶瓷基本一致，大体上也要经过原料选择，成型，干燥，烧成等步奏。
透明陶瓷的透光性好，机械强度和硬度都很高，能耐受很高的温度，即使在一千度的高温下也不会软化、变形、析晶。
电绝缘性能、化学稳定性都很高。
决定了它的用途将比传统陶瓷更广泛，更先进。
目前主要用于生产工业生产和军事上用于防止强光损伤眼睛的护目镜；透光的灯罩；红外测试仪的外壳；ALON 还可以用于防弹材料，超市条码扫描器窗口等方面；我国研制的激光透明陶瓷也广泛用于军事中。
未来透明陶瓷必将在日用生活中发挥更广泛的作用。
关键词透明陶瓷；烧结；制备；用途；未来引言一般陶瓷是不透明的，但是光学陶瓷像玻璃一样透明，故称透明陶瓷。
一般陶瓷不透明的原因是其内部存在有杂质和气孔，前者能吸收光，后者令光产生散射，所以就不透明了。
因此如果选用高纯原料，并通过工艺手段排除气孔就可能获得透明陶瓷。
早期就是采用这样的办法得到透明的氧化铝陶瓷，后来陆续研究出如烧结白刚玉、氧化镁、氧化铍、氧化钇、氧化钇-二氧化锆等多种氧化物系列透明陶瓷。
近期又研制出非氧化物透明陶瓷，如砷化镓、硫化锌、硒化锌、氟化镁、氟化钙等。
它对原料以及制造工艺的要求相当严格，例如，原料必须要有很高的纯度和粒度。
因此透明陶瓷的价格很昂贵，是现代陶瓷中的高级制品。
正文1 几种先进的透明陶瓷的制备方法透明32O Al 陶瓷制备的研究进展1.1.1 放电等离子烧结（SPS ）透明氧化铝陶瓷的SPS 烧结近几年也得到研究和探索。
Dibyendu 】【1以平均粒径为100 nm 的高纯Al2O3为原料，在不使用任何添加剂的情况下采用SPS 烧结，工艺条件为压力275 MPa ，最高烧结温度1150℃，制备了平均晶粒尺寸为0． 3 μm ，硬度达到23 GPa 的透明氧化铝陶瓷。
激光透明陶瓷的制备
摘要随着激光武器成为目前的热门研究方向，激光透明陶瓷散发出越来越闪耀的光芒，是未来高科技的前进方向。
本文主要介绍了影响陶瓷透明性的因素，以及制备透明陶瓷的方法，并简单介绍了目前国内外激光透明陶瓷的研究现状，以及取得的一系列成果。
使后来者能对透明陶瓷有基本的认识和了解，并加快透明陶瓷的研究步伐，为我国的国防事业贡献自己的一份力。
关键词：激光透明陶瓷YAG 激光武器abstractAs laser weapon becomes the current hot research direction, the laser emitting more sparkle of transparent ceramics, is the future direction of high-tech.This paper mainly introduces the factors that influence the ceramic transparency and the method of preparation of transparent ceramics at home and abroad and introduces the research status of laser transparent ceramics, as well as a series of achievements.Enable others to have basic knowledge and understanding of transparent ceramics, and quicken the steps of the research of transparent ceramics, for our country's national defense contribute an own strength.Keywords: laser transparent ceramic;YAG;laser weapon0引言透明陶瓷（transparent ceramics）是在50 年代末60 年代初发展起来的一类新型无机材料，既具有陶瓷固有的耐高温、耐腐蚀、高强高硬等特性，又具有玻璃的光学性质[1]。
透明陶瓷材料
透明陶瓷材料
透明陶瓷材料是一种具有高透明度的陶瓷材料，通常由氧化铝、氧化锆、氧化
镁等多种氧化物组成。
它具有优异的光学性能和化学稳定性，被广泛应用于光学器件、医疗器械、航空航天等领域。
本文将对透明陶瓷材料的特性、制备工艺以及应用领域进行介绍。
首先，透明陶瓷材料具有优异的光学性能。
它的透光率高达85%以上，甚至有
些特殊的透明陶瓷材料透光率可以达到95%以上，因此在光学器件领域有着广泛
的应用。
透明陶瓷材料还具有较好的抗热性能和化学稳定性，能够在高温或腐蚀性环境下保持稳定的性能。
其次，透明陶瓷材料的制备工艺主要包括干法制备和湿法制备两种。
干法制备
是指通过粉末冶金工艺，将原料粉末进行混合、压制和烧结而成。
湿法制备则是将原料粉末与有机物混合成浆料，通过成型、干燥和烧结等工艺步骤制备而成。
无论是干法制备还是湿法制备，都需要严格控制工艺参数，以确保透明陶瓷材料具有良好的透明性和稳定性。
最后，透明陶瓷材料在医疗器械、光学器件、航空航天等领域有着广泛的应用。
在医疗器械领域，透明陶瓷材料被用于制备人工晶体、牙科修复材料等，具有良好的生物相容性和耐磨性。
在光学器件领域，透明陶瓷材料被用于制备高性能的光学透镜、激光窗口等，能够满足各种复杂环境下的使用要求。
在航空航天领域，透明陶瓷材料被用于制备航天器的外壳、导弹的窗口等，具有良好的耐高温、耐腐蚀等性能。
总之，透明陶瓷材料具有优异的光学性能和化学稳定性，制备工艺严格，应用
领域广泛。
随着科技的不断发展，透明陶瓷材料在更多领域将会有着更广阔的应用前景。
透明陶瓷的制备
透明陶瓷的制备
透明陶瓷是一种高透明度、高强度、高硬度的陶瓷材料。
它的应用范围非常广泛，如光学器件、电子器件、航空航天器件等。
以下是制备透明陶瓷的过程：
## 原料准备
制备透明陶瓷的原料一般为氧化物粉末。
常用的氧化物有氧化铝、氧化锆、氧化镁等。
这些氧化物的纯度要求非常高，一般达到99.9%以上。
原料粉末需要经过筛分、干燥、混合等预处理工序。
## 成型
将原料混合均匀后，按照需要的形状进行成型。
常用的成型方法有压制成型、注射成型、挤压成型等。
成型后的坯体需要进行热处理，以去除水分和有机物。
## 烧结
烧结是制备透明陶瓷的关键步骤。
将成型后的坯体放入高温炉中进行烧结。
烧结温度一般在1600℃以上，时间在数小时至数十小时不等。
在烧结过程中，坯体逐渐收缩，形成致密的结构。
烧结后的陶瓷坯体
需要进行精密加工和抛光，才能获得高透明度的透明陶瓷。
## 总结
透明陶瓷的制备过程非常复杂，需要高纯度的原料、精确的成型和严格的烧结条件。
但透明陶瓷的性能优异，应用前景广阔，是一种非常有前途的新材料。
透明陶瓷的制备技术及其透光因素的研究
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综合述评
透明陶瓷的制备技术及其透光因素的研究
刘军芳 傅正义 张东明 张金咏
!"##$#） （武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室， 武汉
摘
要
简要地介绍了国内外透明陶瓷的制备技术， 同时探讨了气孔和晶界组织结构等因素对 透明陶瓷 制备工艺 气孔率
透明陶瓷的透光性能的影响， 并展望了透明陶瓷研究的发展趋势。
还没有深入的研究， 笔者所在的实验室从日本进 口了一台 9:9 设备， 本人正致力于有关 9:9 在透 明陶瓷制备中的应用研究。利用 9:9 技术进行透 明陶瓷的烧结， 其优点在于 9:9 烧结技术的快速
硅酸盐通报
#&&" 年第 " 期
综合述评 度快、 时间短， 从而避免了烧结过程中陶瓷晶粒的 异常长大， 最终可获得高强度和高致密度的透明 陶瓷。微波烧结工艺中的关键是如何保证烧结试 样的温度均匀性和防止局部区域热断裂现象， 这 可以从改进电场的均匀性和改善材料的介电、 导 热性能等方面考虑。E+ I(?) 等研究者使用微波 ［%J， %A］ 烧结制备了透明莫来石材料 ， 现在已经用微 波烧结的方法制备出了透明氧化铝陶瓷、 透明铝 酸镁陶瓷、 透明氮化铝陶瓷以及透明氮氧化铝陶
［*， (］
的纯度和分散性； （(） 具有较高的烧结活性； （"） 颗 不能凝聚， 随时间的推 粒比较均匀并呈球形； （ !） 移也不会出现新相。传统的粉料制备方法主要有 固相反应法、 化学沉淀法、 溶胶 D 凝胶法以及不发 生化学反应的蒸发 D 凝聚法 （ EFG） 和气相化学反 应法。除此之外， 新的陶瓷制粉工艺也不断地涌 现出来， 如： 等离子体法、 激光气相法和自蔓延法 等。 制备粉料的方式对陶瓷的透光性有很大的影 响， 金属氧化物球磨方法制备粉料， 粉料的细度不 能得到保证， 固相反应时， 粉料的活性低， 颗粒粗， 即使采用热压法烧结， 也不易形成高密度的陶瓷， 且陶瓷的化学组成和均匀性差。而化学工艺制备 粉料的显著特点是能获得高纯度、 均匀、 细颗粒的 超微粉， 合成温度显著下降， 这种粉料制备的陶瓷 致密度可达理论密度的 && , &H 或更高。一般的 化学方法， 包括沉淀法、 碳热还原法、 溶胶 D 凝胶 法等制备出的原料粉具有高的分散度， 从而保证 其良好的烧结活性， 因为高的分散度的颗粒具有 较大的表面能， 而表面能是烧结的动力； 同时用化 学方法制备陶瓷原料粉能较好地引入各类添加 剂。I:<J 74K 等 就 研 究 了 用 碳 热 还 原 法 来 制 备 53@ 粉末。他们用有机碳源作为还原剂来提高反 应活性。反应后多余的碳需要在 &(" + *#("L 的 空气中碳化除去， 取得很好的效果。该方法主要 的缺点是反应的温度高、 合成时间长、 能耗大、 成
光学透明陶瓷材料的制备及其应用
光学透明陶瓷材料的制备及其应用光学透明陶瓷材料是一种具有高透明度和优异光学性能的材料，广泛应用于光学器件、激光技术、光电子学和光学通信等领域。
本文将探讨光学透明陶瓷材料的制备方法和其在不同领域的应用。
一、光学透明陶瓷材料的制备方法光学透明陶瓷材料的制备方法主要包括烧结法和凝胶法两种。
1. 烧结法烧结法是一种常用的制备光学透明陶瓷材料的方法。
首先，通过粉末冶金技术制备出所需的陶瓷粉末。
然后，将陶瓷粉末进行成型，可以采用压制、注塑或3D打印等方法。
接下来，将成型体进行烧结，通过高温处理使陶瓷粉末颗粒之间结合成致密的陶瓷材料。
最后，对烧结体进行后处理，如研磨、抛光等，以获得光学透明的表面。
2. 凝胶法凝胶法是一种制备光学透明陶瓷材料的新兴方法。
该方法利用溶胶-凝胶过程，将溶胶中的金属离子逐渐聚集形成凝胶，再通过热处理使凝胶转化为陶瓷材料。
凝胶法具有制备复杂形状和高纯度的优势，可以制备出具有优异光学性能的陶瓷材料。
二、光学透明陶瓷材料的应用光学透明陶瓷材料由于其高透明度和优异光学性能，在多个领域得到了广泛应用。
1. 光学器件光学透明陶瓷材料可以制备出具有高透明度和稳定性的光学器件，如光学透镜、光纤连接器和激光器窗口等。
这些器件在光学仪器和光电子设备中起到关键作用，提高了设备的性能和可靠性。
2. 激光技术光学透明陶瓷材料在激光技术中具有重要应用。
它们可以作为激光介质，用于制备激光放大器和激光器。
光学透明陶瓷材料具有较高的光学质量和较低的光学损耗，可以实现高功率和高效率的激光输出。
3. 光学通信光学透明陶瓷材料在光学通信领域也有广泛应用。
它们可以用于制备光纤连接器、光纤分束器和光纤耦合器等光学器件，提高光纤通信系统的传输效率和稳定性。
4. 光学传感光学透明陶瓷材料还可以应用于光学传感领域。
通过改变陶瓷材料的组分和结构，可以实现对光学特性的调控，用于制备光学传感器。
这些传感器可以用于检测温度、压力、湿度等物理量，具有高灵敏度和快速响应的特点。
功能材料透明陶瓷
第一例透明陶瓷是1962年在美国制备成功的氧化铝透明陶瓷。
氧化铝透明陶瓷是最早投入生产的透明陶瓷材料。将MgO、 ZnO、NiO、La2O3 等添加剂掺入高纯细散的Al2O3 粉末 中压制成型,并在氢气保护下或真空中焙烧,即可完全消除气 孔,制得具有较高透明度的陶瓷材料。
0.透明陶瓷的发展
AlN陶瓷是另一种典型的透明陶瓷,它最早是由美国在20世纪 60年代研发成功,到了90年代其制备工艺和应用技术逐渐得 到发展。氮化铝透明陶瓷表现出硬度较高、热导率较高、电 导率较低、介电损耗较低、热膨胀系数较低、化学稳定性优 良等诸多优异性能。
陶瓷中光散射中心示意图
:(1)由杂质和添加物析出不同相以及烧结过程中残余气孔引起的 散射 (2)由空穴、位错等晶体结构不完整造成的光散射 (3)在晶体具有各相异性情况下，由于在晶界等折射率不连续界 面上产生的反射、双折射显示出的光散射。 图中Sim a、b所示的析出物、残余气孔、晶界等不完整性和组成 的不均匀性引起光散射系数。SOP则为光学各向异性所造成的在 折射率不连续界面的散射系数(图c所示)。
原料的活性不仅与原料的分散状态且与原料的相变或预烧 温度有关, 预烧温度过高则活性降低; 过低则相变转化不完 全, 制品在烧结过程中会产生变形等不良的影响
【VIP专享】无机光学透明材料 透明陶瓷
无机光学透明材料——透明陶瓷一、基本概念透明陶瓷（Transparent ceramics）是指采用陶瓷工艺制备的具有一定透光性的多晶材料，又称光学材料。
一般多晶陶瓷的不透明性是由于非等轴晶系的多晶晶粒在排列取向上的随机性，导致晶粒间折射系数不连续，以及晶界效应，气孔等引起的散射等原因所致。
在制备透明陶瓷时，通过采用高纯超细原料，掺入尽可能少的添加剂和工艺上的严格控制，浆砌块石和杂质充分排出并适当控制晶粒尺寸，试制品接近于理理论密度，从而制备出透明陶瓷[1]。
制备透明陶瓷的首要条件是组成陶瓷的单晶体本身是透明的，同时具有高的对称性，一般为立方晶系。
某些非立方晶系的陶瓷材料如六方相的氧化铝，一定条件下可以制的半透明（tran slucent)陶瓷。
透明陶瓷通常采用压力烧结【包括热压，等离子体压力烧结（SPS)，热等静压（HIP）等】和气氛烧结（包括氢气烧结，氧气烧结和真空烧结等）等方法制备而成。
二、透明陶瓷的种类透明陶瓷的种类按材料体系分为氧化物、氟化物、氮化物、氧氮化物、氧硫化物、硫化物、硒化物等透明陶瓷，随着技术的发展很可能出现更多种类的透明陶瓷的材料体系[2]。
按性能分类，可分为透明结构陶瓷、透明功能陶瓷（包括透明激光陶瓷、透明闪烁陶瓷、透明铁电陶瓷、红外透明陶瓷等）。
（一）按组划分（1）氧化物透明陶瓷氧化物透明陶瓷一般在可见光和近红外波段透明。
这类透明陶瓷已经报道的有等材料，其中以透明到的研究最为成熟。
可用于制作高压钠灯的灯管、微波集成电路用基片、轴承材料以及红外光学元件。
透明氧化铝陶瓷1961年由美国首先研制成功，制作工艺是采用纯度为99.99%、平均尺寸为0.3微米的氧化铝细粉作原料，加入质量分数为0.3%的MgO添加剂，在H2保护的高温电炉中烧成[3-5]。
高压钠灯用透明氧化铝陶瓷在高温下与钠蒸汽不发生作用，却能把90%以上的可见光透出来。
（2）氟化物透明陶瓷主要是CaF和MgF2透明陶瓷，20世纪60年代开始，CaF透明陶瓷主要作为一种激光材料使用。
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面向2050透明陶瓷基片的制备及在照明领域的应用四
2.2 样品的发光性能
图3a为透明陶瓷基片在465nm蓝光激发下的发光光谱图，对应的发射峰为Ce3+的2F5/2-5d跃迁，与图3b市售的YAG荧光粉发射光谱基本吻合。
透明陶瓷基片的发射峰位于532nm处，呈现出了Ce3+的2D-2F5/2和2D-2F7/2双峰跃迁特性，这一特性与YAG粉体基本一致。
图4a为透明陶瓷基片的激发光谱，图4b为市售YAG 荧光粉的激发光谱图，通过对比可以看出，两者的激发光谱基本一致[10]。
图3a：YAG：Ce3+透明陶瓷基片的发射光谱
图3b：YAG黄色荧光粉的发射光谱
图4a：YAG：Ce3+透明陶瓷基片的激发光谱
图4b：YAG黄色荧光粉的激发光谱
2.3 不同厚度的样品封装特性比对
不同厚度的透明陶瓷基片通过图6所示的构架进行封装测试，其中透明陶瓷基片为倒梯形圆片，芯片使用同一块，与铝合金支架间的关联处采用有机硅胶进行粘结，支架与透明陶瓷基片间的距离为3mm。
封装得到的LED照明产品采用PMS-80荧光光谱仪对光学参数进行测试，结果如表1所示。
从数据中可看出，随着透明陶瓷基片厚度的增加，样品的相对亮度逐渐降低，流明效率逐渐降低，色温CCT从2865K逐渐提高至8053K。
如图5所示：通过调整透明陶瓷基片厚度控制LED照明器件的色温，制备出的LED照明器件可以有效覆盖现有LED封装产品的整个色温区间。
对比试验：采用传统封装技术进行封装与其对比，其中LED 芯片采用同一批次芯片，得到了4960K-6700K的多个不同色温的产品，色温的不可控性是传统封装的最大缺陷。
而采用相同厚度的透明陶瓷基片封装的产品的色
温误差仅为±80K。
从表1还可看出：用厚度为0.2mm以下透明陶瓷基片封装出的产品，色温偏高，为明显的蓝色发光，而厚度为0.9mm以上的透明陶瓷基片封装的产品的色温低于3500K，呈现出较为明显的黄色发光，不适宜作为白色照明产品使用，且厚度较高样品的发光效率低下，透光率较低。
流明效率随厚度发生变化是与透明陶瓷基片的蓝光吸收率有关，蓝光芯片的流明效率为285lm/w,通过光转化发出白光后，流明效率降低，以0.2mm的透明陶瓷基片为例，其蓝光吸收率为83%，20%的蓝光未发生光转化直接逸出，导致测试流明效率偏高。
A A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9
厚度
(mm)
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
相对
亮度
99.7% 96.5% 93.2% 91.0% 90.5% 90.1% 89.4% 89.1% 88.3% 流明
效率
（lm/w）
120 105 101 95 94 92 85 83 72 色温(K) 9553 7400 5535 5240 4935 4582 4007 3500 2865
CIE-x 0.288
9
0.3066 0.3305 0.3375 0.3390 0.3440 0.3751 0.3881 0.4381
CIE-y 0.270
3
0.2855 0.3040 0.3160 0.3207 0.3301 0.3450 0.3501 0.3901
表1：不同厚度透明陶瓷基片的主要光学参数
通过对样品表面进行抛光处理得到的样品厚度误差可以精确至0.001mm，而0.001mm的误差对色温的影响最高仅为100K左右，是人眼无法分别的CCT差别，这样说明：通过控制透明陶瓷基片的厚度即可以有效的控制封装产品的一致性。
图5：构架1随着厚度变化的色温变化曲线。