《透明陶瓷》 论文
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。
Nd：YAG透明陶瓷的研究进展
Ｙ 粉 体 分散 性需 要进 一步 加 强研 究 。已有 专家 在 防止 粉体 ＡＧ
直 没 能 问世 ，直 到有 了 透 明陶 瓷 ，高 压钠 灯 才得 到 实 际应
用。
２ ０ 年 ，Ｋ ｎ ｓ ｉ 化 学公 司 、 日本的 电 气 通信 大 学 和俄 ０ ０ ｏ ｏ ｈ ｍａ 罗 斯 科学 院 的晶 体研 究 所等 单 位联 合 开发 出了一 系 列二 极 管
１ ６ 年 ， Ｈ ｔ ｈ 首 次 报 道 了 用 真 空 热 压 烧 结 法 制 备 ９４ ａｃ 等
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该 激 光器 的 激光 阈值 和斜 率效 率 （ ３ ） 单 晶Ｎ ：ＡＧ激 ５％ 与 ｄＹ
光 器接 近 。同年 ，在 高 功率 激 光器 方 面 ，他Ｙ Ｔ 用高 功 率虚 ｆ Ｕ ］
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与 艺术 ， ０ ２， （ １）：２ － ６ ２ ０ ０ ２２
［］ 亚 明 ，蒋 丹宇 ，冯涛 ，施 剑林 等． 陶瓷材 料现 状与 发展 ［］ ６吉 透明 Ｊ． 无 机 材料 学报 ，２ ０ ０ ４，１ Ｏ ９（ ２）：２ ５２ ２ ７ －８ ．
［］刘 颂 豪 ． 明 陶 瓷 激 光 器 的 研 究 进 展 ［］ 学 与 光 电 技 术 ， ７ 透 Ｊ． 光
透 明 陶瓷是 二 十世 ＿ ５ 年 代末６ 年代 初发 展起 来 的 ，最先 打 ￣ ０ Ｂ Ｏ 破 陶瓷 不透 明概 念 的是 １ ５ 年 美国通 用 电气 公司 研发 的透 光 ９ ９ 性 氧化铝 陶 瓷 “ ｕ ａｏ ” （ Ｌ ｃ ｌｘ Ｓ 明 陶瓷最 早是 美国斯 坦福 大 Ｊ ｏ透 学 研 究人 员 应用 在高 压 钠光 灯 管 上 。高压 钠 灯是 一 种发 光 效 率 很高 的 电光源 ，但在 钠蒸 气放 电 时会产 生 １ ０ ℃ 以上的 高 ０ ０ 温 ，具 有很 强 的腐 蚀性 ，玻璃 灯 管无 法 耐受 ，所 以高 压钠 灯
【精品文章】常见的无机光学透明材料：透明陶瓷
常见的无机光学透明材料：透明陶瓷
透明陶瓷又称光学陶瓷，指的是采用陶瓷制备工艺制取的，具有一定透光性的多晶材料。
通常认为直线透过率超过10%的陶瓷为透明陶瓷，在10%以下的陶瓷成为半透明陶瓷。
它包括透明铁电陶瓷、透明氧化物陶瓷、透明红外陶瓷等。
从透明陶瓷的性能角度考虑，可分为两大类：一种是光功能陶瓷，主要用于激光陶瓷和闪烁陶瓷；一种是用于偏向于结构陶瓷的，用在防弹汽车的窗、坦克的观察窗、轰炸机的轰炸瞄准器和高级防护眼镜等。
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。
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。
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）」和气氛烧结「氢气烧结、氧气烧结和真空烧结」等烧结工艺以帮助排除气孔。
图1 各种光线（辐射）的波长范围
按组分分，特种陶瓷主要分为四大类：氧化物透明陶瓷，
下文将为大家简单介绍目前常见的一些透明陶瓷品种。
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。
这类透明陶瓷主要有MgAl2O4，Al2O3，BeO，ThO2，Y2O3等。
透明镁铝尖晶石陶瓷
又称半透明烧结MgAl2O4。
用Mg-Al氢氧化物的共沉淀物或Mg-Al的盐类热分解产物为原料，添加少量CaO以促进液相烧结，真空中经1800～。
陶瓷论文
透明陶瓷材料的概述王伟弟（陇南师范高等专科学校 742500）摘要本文主要论述了透明陶瓷的分类，性能，制备，应用毅力发展趋势。
关键词：透明陶瓷分类性能制备应用发展趋势1.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。
自1962年R.L.Cobl e首次报导成功地制备了透明氧化铝陶瓷材料以来,为陶瓷材料开辟了新的应用领域。
这种材料不仅具有较好的透光性,且耐腐蚀,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。
还有许多其他材料无可比拟的性质,如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等,所以逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用 [ 1 ]。
近38年来,世界上许多国家,尤其是美国、日本、英国、俄罗斯、法国等对透明陶瓷材料作了大量的研究工作,先后开发出了Al2O3、Y2O3、MgO、CaO、TiO2、ThO2、ZrO2等氧化物透明陶瓷以及AlN、ZnS、ZnSe、MgF2、CaF2等非氧化物透明陶瓷。
2.透明陶瓷材料的分类透明陶瓷材料主要分为氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷两类。
2.1氧化物透明陶瓷材料对氧化物透明陶瓷的研究早于对非氧化物透明陶瓷的研究，其制备工艺也相对成熟。
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。
之后,日本、俄罗斯、英国、法国等国家相继投入了大量的研究工作,开发了Y2O3、MgO、ZrO2等氧化物透明陶瓷[ 2 ]到目前为止，已经先后研发出了多种材料,以及透明PLZT电光陶瓷、钇铝石榴石激光透明陶瓷和YGO、GGG等透明闪烁体。
透明陶瓷
透明陶瓷鲁成强（山东轻工业学院）摘要：简要地介绍了透明陶瓷的研究现状，同时探讨了透明陶瓷透光的原理以及影响透明性能的主要因素，叙述了透明陶瓷的制备方法，并展望了透明陶瓷研究发展趋势。
关键字：透明陶瓷现状原理制备发展趋势1 透明陶瓷的现状透明陶瓷是二十世纪50年代末发展起来的。
经过几十年的发展，已制备了一系列的透明陶瓷。
如氧化铝透明陶瓷、氧化钇透明陶瓷、氮化铝透明陶瓷以及电光透明陶瓷和激光透明陶瓷等。
所谓透明陶瓷就是能透过光线的陶瓷。
通常陶瓷是不透明的，其原因是陶瓷材料内部含有的微气孔等缺陷对光线产生折射和散射作用，使得光线几乎无法透过陶瓷体。
1959年通用电气公司首次提出了一些陶瓷具有可透光性,随后美国陶瓷学家R.L.Coble制备得到透明氧化铝陶瓷证实了这一点。
这种材料不仅具有较好的透明性，且耐腐蚀，能在高温高压下工作，还有许多其他材料无可比拟的性质，如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等，所以逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用[1]。
2 影响透明陶瓷性能的主要因素2.1 气孔率对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率。
普通陶瓷即使具有很高的致密度，往往也不是透明的，这是因为其中有很多封闭的气孔。
文献指出 ,总气孔率超过1%的氧化物陶瓷基本是不透明的，因为气孔的折射率非常低(约为1.0)，这些气孔在光线传播的过程中会使光线发生多次反射，从而大大降低材料的透明度。
陶瓷内部的气孔可存在于晶体之间和晶体内部。
晶体之间的气孔处于晶界上容易排除，而晶体内部的气孔即使是小于微米级的也很难排除。
因此晶体内部气孔对于获得透明陶瓷是最危险的。
因此要从每一个工艺阶段：原料粉体的制备、预烧、烧成。
来防止气孔的产生。
2.2 晶界结构首先，晶界是破坏陶瓷体光学均匀性、从而引起光的散射、致使材料的透光率下降的重要因素之一。
当单位体积晶界数量较多，晶体配置杂乱无序，入射光透过晶界时，必然引起光的连续反射、折射，这样其透光率也就降低。
YAG透明陶瓷的制备与性能研究
YAG透明陶瓷的制备与性能研究摘要：YAG陶瓷的最大的特点是对可见光和红外光有良好的透过性，此外，具有高温强度大，耐热性好，耐腐蚀性强的特点，广泛应用于照明系统。
本文系统研究了氧化铝原料粉体特征、添加剂的组成及其与氧化铝的混料工艺、烧结制度对透明氧化铝的透光性。
关键词：透明陶瓷YAG 固相反应法化学共沉淀法均相沉淀法正文：钇铝石榴石(简称YAG)具有立方结构,无双折射效应,高温蠕变小,光学性质和力学性能优异,广泛应用于激光器基质材料,还可用于制作高温可见光和红外窗口。
与YAG单晶体相比,YAG透明陶瓷可以满足制备大功率激光器所需的大尺寸样品和更高的掺杂浓度,因此在取代YAG单晶方面已显示出良好的应用前景,并成为近年来材料领域的一个研究热点。
本论文采用价格低廉的金属盐类为原料,合成了YAG超细粉体,并研制出高透过率的YAG透明陶瓷。
固相反应法制备YAG透明陶瓷一般需要较高的烧结温度,因而合成高活性的Y203和A1203粉体对于有效降低烧结温度极为重要。
分别以化学沉淀法和碳酸铝铵热分解法合成了高活性的Y203和α-A1203超细粉,利用固相反应法制备了YAG透明陶瓷。
混合粉体在1300℃煅烧2 h 后,完全转变为YAG相,比常规的YAG相生成温度低200℃。
该粉体经1700℃真空烧结15 h,获得了完全透明的YAG陶瓷,平均晶粒尺寸为12.7μm,在可见光波长范围内透光率达70%。
以上述Y203、α-A1203超细粉和市售高纯Nd203粉体为原料,采用固相反应法制备的1at％Nd:YAG透明陶瓷,可见光区透光率为5 3%。
与YAG陶瓷相比,Nd:YAG陶瓷的晶粒尺寸明显减少,经1700℃烧结15 h后的平均大小为5.8μm。
为进一步提高Nd：YAG的透光率,本文另采用碳酸铝铵分解法合成了活性更高的θ-A1203与γ-A120 3混合粉体,并以此为原料制备出光学性能更加优良的1 at％Nd:YAG 透明陶瓷。
陶瓷材料科学论文
学号： 1004230213专业素质教育2012 ~ 2013 学年秋季学期学院：材料学院专业班级：无机10—02班姓名：宋海彬透明陶瓷的研究现状与发展展望摘要:陶瓷具有广大的发展前景，透明陶瓷以其优异的综合性能已成为一种新型的、备受瞩目的功能材料。
综述了透明陶瓷的分类，探讨了透明陶瓷的制备工艺，并展望了透明陶的应用前景。
关键词:性能透明材料前景组成陶瓷透光性制备工艺应用前言:1962年RLC首次报导成功地制备了透明氧化铝陶瓷材料以来,为陶瓷材料开辟了新的应用领域。
这种材料不仅具有较好的透明性,且耐腐蚀,能在高温高压下工作,还有许多其他材料无可比拟的性质,如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等,所以逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用。
透明陶瓷的分类透明陶瓷材料主要分为氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷两类。
1氧化物透明陶瓷对氧化物透明陶瓷的研究早于对非氧化物透明陶瓷的究，其制备工艺也相对成熟。
到目前为止，已经先后研发出了多种材料:Be()、ScZ()3、Ti认、ZK):、Ca(〕、Th(矢、A12()3仁5·6〕、Mg()、AI()NL，」、YZ03[8·”〕、稀土元素氧化物、忆铝石榴石(3Y203·SA12()。
)仁’0，”】、铝镁尖晶石(Mg()·A一2()。
)〔’2，’3]和透明铁电陶瓷pLZ子川等。
其中AiZ姚、M四、YZ姚以及忆铝石榴石以其自身优异的综合性能，现已经得到广泛的应用。
2非氧化物透明陶瓷对非氧化物透明陶瓷的研究是从20世纪80年代开始的。
非氧化物透明陶瓷的制备比氧化物透明陶瓷的制备要困难得多，这是由于非氧化物透明陶瓷具有较低的烧结活性、自身含有过多的杂质元素(如氧等)，这些都成为制约非氧化物透明陶瓷实现成功烧结并得到广泛应用的主要因素。
但经过各国研究人员的共同努力和深人研究，现已经成功地制备出了多种透明度很高的非氧化物透明陶瓷，其中最典型的是AIN、GaAS、MgFZ、ZnS、CaFZ等透明陶瓷。
激光透明陶瓷
透明陶瓷的制备、性能与发展专业：材料制备与加工班级： 081012C1 学号： 0810121535学生姓名：蒋宁2011 年9 月27日摘要：以Y（N·6O、Al（N、（N S和Nd（N为原料，N HC为沉淀剂，以TEOS作为添加剂，采取共沉淀法制备Nd：YAG前驱体分体；前驱体经过1200℃煅烧5小时后，得到分散性好，颗粒近似球形、纯YAG 立方相的Nd：YAG纳米粉体，其平均粒径约为100nm。
煅烧后的粉体压制成素坯，在1700-1800℃煅烧10小时，可获得透光性良好的Nd：YAG激光透明陶瓷，YAG晶粒的平均尺寸为15μm，晶界处和晶粒内没有杂质、气孔存在，无散射中心。
1.5mm厚德样晶在近红外波长为1064nm处透过率为83.5%基本接近与透明Nd：YAG晶体的理论值。
关键词：共沉淀，纳米粉体，钕掺杂钇铝石榴石，透明陶瓷。
Abstract : Neodymium-doped yttrium aluminum garnet(Nd：YAG)precursor powders were fabricated by co-precipitationmethod ,using Y（N·6O、Al（N、（N S and Nd（N as raw materials, N HC asprecipitator, TEOS as sintering additive. After calcining the Nd：YAG precursor at 1200℃for 5h, the well dispersive, spherical pure cubic YAG nano-powders with average particle size of about 100nm were obtained. Subsequently, calcined powders were molded by cold isostatic presses. Transparent ceramics of excellent transmissionwere obtained by sintering Nd：YAG green body at 1700-1800℃for 10h in vacuum. The ceramic crystal grains with average size of about 15μm appear uniformity there is no impurity and core in grain interface and inner-grain. No scattering center can be detected. The transmission of the sample with thickness of 1.5mm is 83.5% at the near infrared wavelength of 1064nm, which is very close to the theoretical value of Nd：YAG single crystal.Key words: co-precipitation; nanopowder; Nd：YAG; transparent ceramic透明陶瓷的制备与性能Nd：YAG单晶具备热导率高、化学稳定性和可工性好的特性，是目前应用广泛的固体激光介质，因其收到杂质分凝系数及尺寸的限制，存在输出功率小和发光效率低等缺点，从而妨碍了单晶的应用，而透明YAG多晶陶瓷具有易制造、成本低、尺寸大、掺杂农奴高、热导率高、耐热冲击性好，可大批量生产、易实现多层和多功能的陶瓷结构等优点，可以作为一种性能优良的激光介质使用，从而可以弥补单晶作为激光工作物质的不足，是一种极有潜力的新型固体激光材料。
影响Al2O3透明陶瓷透光性的因素
影响Al2O3透明陶瓷透光性的因素摘要：简要分析了陶瓷透明的机理：气孔散射、晶界散射、第二相散射、折射与吸收、多晶体吸收等效应都会影响光线透过陶瓷基体。
原料纯度、粒度,氢气或真空烧成气氛,添加剂，气孔数量、尺寸,晶界等因素会对Al2O3透明陶瓷的透光性产生影响,其中原料、添加剂、气孔影响因素占主导位置。
关键词：透明陶瓷，透光性，添加剂，气孔Factors of Transparency of TransparentAl2O3 CeramicsAbstract:A brief analysis of the mechanism of transparent ceramics: pore scattering, grain boundary scattering, the second phase of the scattering, refraction and absorption, polycrystalline absorption effect will affect the light through the ceramic matrix. Purity and size of raw materials,hydrogen or vacuum firing atmosphere, addition agent, pore number and their size, grain boundary will affect the transparency of transparent Al2O3 ceramics.Raw materials,addition agent and gas hole are the most importang factors of them.Key words:t ransparent ceramics, transparency, addition agent, gas hole1 引言自从1962年Coble制备出透明氧化铝陶瓷以来，打破了陶瓷不透明的传统概念，也开辟了陶瓷新的应用领域。
功能材料透明陶瓷2
长方向移动, 即所谓的红移趋
11
1. 光学透明性的影响因素
随着温度上升, 折 射率增大, 透过率 逐渐减少, 所以折 射率随温度的变 化而影响到透过 率。
温度、透过率与折射率之间的关系
12
1. 光学透明性的影响因素
对于透明材料的红外截 止波段, 随着温度的升 高而使原子能量增大, 原子的振动频率增大, 因而共振吸收截止频率 增大, 因此红外截止波 长缩短, 具有蓝移的趋 势。
折射率不连续界面的散射系数(图c所示)。
17
1. 光学透明性的影响因素
1.4 显微结构的影响 1.4.1 气孔率 对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率,可更细分 为气孔尺寸、数量、种类。普通陶瓷即使具有高的密度, 往往也不是透明的, 这是因为其中有很多闭口气孔, 陶瓷体 中闭口气孔率从0.25%变为0.85%时, 透过率降低33%。 根据平均气孔的大小, 产生的影响也不同: 在气孔直径小于光波波长λ/3时, 会产生Rayleigh 散射; 当 气孔直径与光波波长λ相接近时, 会产生Mie散射; 当气孔直径大于光波波长λ时, 会产生反散射折射。
对于透明陶瓷材料, 可理解 为通过晶界把晶体颗粒方向 无序结合在一起的多晶体, 因此透明陶瓷的透过率可按 照单晶体进行参照分析。对 于有些材料如半导体材料, 如果环境温度升
高到足够的程度, 在导带中的热激发电子能够吸收较少的能量,
从而在带内进入更高的能态, 使得电子在足够的温度下能够有
更多的机率进入导带, 这就使得紫外截至波段随着温度向长波
在本征吸收带, 非金属材料对于 光子的吸收有如下3种机理: 电子 极化; 电子受激发吸收光子而跃 迁禁带; 电子跃迁进入位于禁带 中的杂质或缺陷能而吸收光子。
Nd_YAG透明陶瓷的研究_王皓
［6］ Li J，Wu Y S，Pan Y B，et al． Fabrication，microstructure and properties of highly transparent Nd： YAG laser ceramicsr［J］． Optical Materials，2008，31（ 1） ： 6 － 17．
2 碳
为了进一步提高陶瓷样品的透明度，我们对原 料 Y2 O3 进行了处理，自制纳米 Y2 O3 原料粉末． 对 商业 Y2 O3 原料粉末，通过使用碳酸氢铵作为沉淀 剂的均匀沉淀法，制备高纯纳米 Y2 O3 粉末． 将制备 获得的 Y2 O3 粉末作为原料，再加以适量的商业氧 化铝超细粉以及 Nd2 O3 粉末，通过固相球磨混合， 粉末经 等 静 压 成 型 后，坯 体 在 1 700 ℃ 真 空 烧 结 10 h，并在 1 450 ℃ 保温退火 20 h，获得高透明 Nd： YAG 陶瓷． 使用自制的 Y2 O3 粉末作为原料而制备 获得的 Nd： YAG 透明陶瓷透光率有所提升，在1 064 nm 处的光线直线透过率高达 78% ，透明陶瓷样品 照片及透过率曲线如图 2 所示．
华南师范大学学报（ 自然科学版）
Journal of South China Normal University（ Natural Science Edition）
快报
2015，47（ 1） ： 127 － 128 doi： 10． 6054 / j． jscnun． 2014． 12． 008
镁铝尖晶石透明陶瓷的制备与性能研究
10博士学位论文镁铝尖晶石透明陶瓷的制备与性能研究作者姓名：韩丹指导教师: 王士维研究员中国科学院上海硅酸盐研究所章健研究员中国科学院上海硅酸盐研究所学位类别: 工学博士学科专业: 材料学培养单位: 中国科学院上海硅酸盐研究所2018年6 月Preparation and properties of transparent spinel ceramicsA dissertation submitted toUniversity of Chinese Academy of Sciencesin partial fulfillment of the requirementfor the degree ofDoctor of Philosophyin Materials ScienceBy Dan HanProfessor Shiwei WangSupervisor:Professor Jian Zhang[Shanghai Institute of Ceramics, ChineseAcademy of Sciences]June 2018中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用学位论文的规定，同意中国科学院上海硅酸盐研究所保留并向国家有关部门和机构送交论文的复印件和电子版，允许该论文被查阅和借阅。
本人授权中国科学院上海硅酸盐研究所可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。
透明陶瓷论文.docx
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Al 2O 3陶瓷制备；无水乙醇注浆成型制备YAG透明陶瓷； Y2 O 3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 Al 2O 3 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 0．3μ m ，硬度达到 23 GPa 的透明氧化铝陶瓷。
Yb∶CaF2透明陶瓷的制备与性能研究
第49卷第5期人工晶体学报Vol.49No.5 2020年5月JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS May,2°2°Yb：CaF2透明陶瓷的制备与性能研究刘强1,刘阳V,韦家U2"3，谢腾飞2,李江2"3(1.江苏大学材料科学与工程学院，镇江212013；2.中国科学院上海硅酸盐研究所，透明光功能无机材料重点实验室，上海201899；3.中国科学院大学，材料与光电中心，北京100049)摘要:采用共沉淀法合成5w%Yb：CaC2纳米粉体。
该粉体为纯立方CaC2相，平均颗粒尺寸为45nm&Yb：CaC2纳米粉体呈立方体状，具有较好的分散性。
通过真空预烧结合热等静压烧结(HIE)后处理制备5w%Yb：CaC2透明陶瓷，研究了真空预烧温度对陶瓷物相、致密度、显微结构及光学透过率的影响。
结果表明,不同温度真空预烧的陶瓷均为纯立方相，在650i真空预烧的5w%Yb：CaC2陶瓷经H：处理后具有最好的光学质量，其在1200nm处的直线透过率达到87%(厚度为3mm)。
关键词:Yb：CaF'透明陶瓷;显微结构;光学透过率中图分类号:TQ174文献标识码:A文章编号：1OOO-985X(2O2O)O5B799B5 Preparation and Properties of Yb：CaF2Transparent CeramicsLIU Qiang1，LIU Yang1，2，WEI Jiabei，XIE Tengfe2，LI Jiang"2,3(1.Co a e geooMateooaasScoence&Engoneeoong Joangsu Unoveosoty Zhenaoang212013%Chona；2.Key Labo oato oy o oToanspaoentOpto-Functoon InooganocMateooaas ShanghaoInstotuteooCeoamocs ChoneseAcademyooScoences Shangha o201899%Chona；3.CenteoooMateooaasScoenceand OptoeaectoonocsEngoneeoong UnoveosotyooChoneseAcademyooScoences Be oaong100049%Chona)Abstract：5at%Yb：CaC2nano powders were synthesized by the ce-precipitaCon method.The powder is pure cubic CaC2phase and the average particle size was about45nm.Meanwhile,the Yb：CaC2nano powders arc well-distributed and the shape of small particles is close to cubic.5at%Yb：CaC2transparent ceramics were fabricated by vvcuum sinCring combined with hot isostatic pressing(HIE)post-treatment.The Oeuences of vvcuum pre-sintering temperature on the phase,densification，microstructure and opPcai transmission of the ceramics were studied.The results show that all the ceramics pre-sintered in vacuum at dOerent temperatures are still pure cubic phase.After HIE post-Ceatment,5at%Yb:CaF2ceramics with the thickncs of3mm pre-sintered a-650i under vacuum have the best optical quality and the in-line transmittance reaches 87%at1200nm.Key worlp Yb：CaC2；transparent ceramics；microstructure；optical transmission0引言随着固体激光器的不断发展，其应用范围也不断拓宽&激光增益介质材料作为固体激光器的核心部件,其应用性能要求也随之提高*T&Yb：CaF2材料具有较高的热导率和宽的发射带，有利于超短脉冲激光的产生和放大。
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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1.1 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。
Jiang 等】【2采用高纯纳米32O Al 粉( ＞ 99． 995%) ，0.2 wt% MgO( 以3)NO (Mg 形式加入) 作为烧结助剂，SPS 烧结工艺为真空条件下90 MPa 压力，在3min 内温度从室温升至600 ℃，然后快速升温至1300 ～ 1700℃，保温3 ～ 5 min 。
结果表明，1300 ℃ × 5 min 条件SPS 烧结的试样达到完全致密化，晶粒尺寸仅为0．5 ～ 1μm ，在中红外区透光率可达85%，而经1700 ℃ × 3 min 条件下SPS 烧结试样，晶粒尺寸迅速增大至5μm 左右。
Michael 等】【3同样采用SPS 烧结制备了透明氧化铝陶瓷，并研究SPS 过程中添加剂种类及含量对32O Al 透光性的影响。
研究发现使用Mg 、Y 、La 三元复合添加剂，总质量为450 ppm 时，32O Al 陶瓷的直线透光率能达到57%。
1.1.2 微波快速烧结微波烧结是利用材料在微波电磁场中的介电损耗使陶瓷及其复合材料整体加热至烧结温度而实现致密化的快速烧结技术。
微波烧结速度快、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。
Cheng 等】【4研究发现微波烧结氧化铝在加入百分比为0．05% 氧化镁烧结助剂的条件下烧结45 min 就可以得到密度为3． 97 /cm3，平均粒径为40 μm 透明性能优异的氧化铝陶瓷。
但是，微波烧结有其本身的问题，如控温准确度，温度场均匀性等，这往往会产生氧化铝晶体晶粒尺寸的差别非常大，从而影响材料质量的稳定性。
1.2 无水乙醇注浆成型制备YAG 透明陶瓷实验所用原料为纯度99.99%的国产微米32O Y 粉和亚微米32O AL 粉.实验流程如图1 所示, 精确称量(精确到0.1mg)32O Y (33.8715g)和32O AL (25.4903g)粉体, 把称量的粉体放入干净的装有Al2O3 磨球(球料比2:1)的32O AL 球磨罐中. 把0.8wt%的正硅酸乙酯(TEOS, 分子式i S (52H OC )4)滴入28mL 无水乙醇中, 然后倒入球磨罐中, 封紧后以120r/min 的速度球磨12h. 球磨结束后打开球磨罐滴入一定量的氨水, 调节pH 值至9(32O Y 和32O AL 的等电点), 然后继续球磨10min 以混合均匀. 把球磨后的浆料倒入石膏模具中在低温下干燥48h, 随后在空气气氛下于600℃煅烧 2h, 除去残留的TEOS. 把得到的素坯置于真空炉中进行烧结, 以10℃/min 升温至1800℃并于10−3Pa 下保温20h, 然后以10℃/min 冷却至室温. 把烧结后的样品放入马弗炉中, 在空气气氛下1450℃保温10h 进行退火处理以消除真空烧结过程中产生的氧空位.XRD 物相分析采用日本Rigaku 公司的D/Max-2550V 型X 射线衍射仪, 测试条件为: CuKα 射线, λ=0.15406nm, 2θ 角扫描范围为10 70~, 狭缝宽度为0.3mm. 直线透过率测试所用设备为瓦里安公司的VARIAN CARY 5000 分光光度计, 所有测试均在室温下进行. 测试前, 样品先经过双面抛光处理, 最后一道抛光工序使用1.0μm 的金刚石研磨膏.采用日本JEOL 公司的JSM-6700F 型场发射电子扫描电镜(FESEM) 观察陶瓷热腐蚀后的表面形貌, 热腐蚀过程如下: 把双面抛光后的样品清洗干净, 然后在空气气氛下于1500℃热处理1~3h, 直到在光学显微镜下能观测到清晰的晶界为止】【5.1.3 32O Y 透明陶瓷的研究进展1.3.1 粉体的合成方法固相化学反应法 将O H 6)Y (NO 233•与乙二酸按1 ∶2 (物质的量比) 混合,在玛瑙研磨钵中研磨分散后放入玛瑙球磨罐中,用球磨机球磨 3 h 至反应完全。
产物经过滤、干燥、热分解,制得32O Y 纳米粉末】【6。
1.3.2 成型双向压制是对单向压制的改进,坯体的密度分布为两边大中间小。
采用这种方式宜采用“一轻、二重、慢提起”的加压方式,对操作人员技术要求较高。
即开始加压时压力应小些,以利于空气排出;然后短时间内释放此力,使受压气体逸出。
初压时坯体松,空气易排,可稍快加压;当用高压使颗粒靠拢后,必须缓慢加压,以免残余空气无法排出,在释放压力后,空气膨胀,回弹产生层裂。
当坯体较厚或粉料颗粒较细,流动性低时,则宜减慢加压速度,延长保压时间。
为提高压力的均匀性,宜采用多次加压。
最后提起上模时要轻缓,防止产生裂纹。
1.3.3 高温烧结热等静压集热压和等静压的优点于一身,施加压力高,并且使粉体受到各向同性的压力,因而制备出的陶瓷显微结构均匀,产品致密化程度高,性能优良。
其烧结机理与HP 一样与物质的黏性流动和塑性流动有关。
HIP 的缺点是设备昂贵、生产效率低】【7。
2 透明陶瓷的用途2.1 用途广泛的透明铁电陶瓷随着陶瓷科技的发展，透明陶瓷家族中又诞生了一个多能的宠儿——透明铁电陶瓷。
它除了像玻璃般的透明外，还有一般铁电陶瓷的特征。
它一问世，就引起了世界各界的高度重视。
那么，透明陶瓷究竟是什么东西？“透明”无需多加解释了。
铁电陶瓷却不能简单地说它是含铁的陶瓷，一般铁电陶瓷本身都不含铁，而透明铁电陶瓷一旦含有少量的铁就会大大改变它的光学性能，稍多一点就会使它不透明了。
“铁电”二字的由来只是因为它具有和铁磁体相对应的一些性能。
众所周知，磁铁具有磁性，进一步研究指出，磁铁的磁性是因为在磁铁中存在磁畴，磁畴是由许多小的磁矩按相同方向排列组成的区域，这些磁畴能在外磁场的作用下，按外磁场的方向转动方向。
在铁电体中，存在着有许多小的电矩按相同方向排列组成的区域，与磁畴十分相似，人们称之为电畴。
电畴能在外电场作用下转向，当外电场取消后，已转向的电畴并不全部回复到原来的位置，表现有剩余的极化，电畴在外电场作用下的转向也会引起铁电体的机械形变——电致伸缩。
由于这些电性与电磁体的磁性几乎一一对应，人们就称它为铁电体。
而透明性铁电陶瓷，就是一种透明的多晶铁电体。
工业生产中，可用作生产防止电焊强光的护目镜；军事上，也可生产防止爆【8。
炸产生的强光的透明陶瓷护目镜，目前已被光放使用】2.2 目前最先进的透明陶瓷的用途最早是使用在灯具上。
高压钠灯是一种发光效率很高的电光源，但在钠蒸气放电时产生1000℃以上的高温，具有很强的腐蚀性，玻璃灯管根本没法耐受，所以高压钠灯一直没能问世，直到有了透明陶瓷，高庄钠灯才得到实际应用，除高压钠灯外，透明陶瓷还使用于其它新型灯具，如艳灯、铷灯、钾灯等。
向尾蛇导弹头部的红外探测器，外面有一个整流罩，它不仅要有足够的强度，还要能透过红外线，以确保导弹能跟踪敌机辐射的红外线。
担当此任的材料只有透红外陶瓷，响尾蛇导弹的整流罩就是用透红外陶瓷做的。
美国空军研究实验室与美国Surmet公司一起对以特殊透明陶瓷为基础的新型防弹护板进行了试验，最近几年Surmet公司一直坚持研究这种透明陶瓷。
新型材料进入市场的商标为ALON，它是“氮氧化铝”的缩写，ALON是一种多晶体，并且完全是透明的，其晶粒大小为80～250微米。
从外表看ALON板就像蓝宝石，ALON的化学公式为Al(64+x)/3O32-xNx，式中的X可以从2到5。
在最近的试验中由几层ALON、玻璃和聚合物组成的双层中空玻璃出色地经受了从7.62毫米口径手枪连续射出的穿甲弹，同时双层中空玻璃的重量比普通防弹玻璃轻一半。
ALON可以在各个领域找到广泛应用，例如利用它可以制成特别耐磨损的超市条码扫描器窗口。
但是要大量推扩应用ALON的障碍是其价格比传统防弹玻璃贵3～5倍，此外还需要对建造新型炉子进行大量投资，以便能制取在工业规模中应用的大量材料。
但是ALON的低重量与高强度比产品的价格更为重要，它已经显示出其不可替代的优点。
2.3 中国研制的用于军事的激光透明陶瓷中科院上海硅酸盐研究所自主研制成功的激光透明陶瓷, 标志着我国在激光材料方面的研究取得重大突破, 成为世界上仅有的几个掌握这一尖端技术的国家之一。
据中科院上海硅酸盐研究所潘裕柏研究员介绍, 透明陶瓷采用高纯原料, 在真空或氢气条件下烧结制成, 其相对理论密度通常高达99.99%。
隔着透明陶瓷看报纸,白纸黑字一清二楚。
与透明的玻璃材料相比, 透明陶瓷具有高强度、高硬度等优点, 抗表面损伤性能好。
在军事领域, 它可用在护目头盔和坦克、飞机等的窗口材料上。
美国空军以此为基础合成的透明防弹护板, 经受住了连续射出的枪弹考验, 重量却比普通防弹玻璃轻一半。