透明陶瓷

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。
钇铝石榴石透 明陶瓷 钇铝石榴石化 学式 Y3Al5O12， 是一种优良的 激光基质。主 要应用于医学 和高能物理领 域。提高透明 性和光输出率 仍是研究的关 键技术问题。
透明氧化铝陶瓷的制备
透明三氧化二钇陶瓷的制备
透明氧化铝陶瓷的制备
方法一 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 的高纯氧化铝为原料，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采用高纯纳米氧化铝粉( ＞ 99． 995%) ，0.2 wt% MgO( 以 硝酸镁形式加入) 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 氧化铝透光性的影响。 研究发现使用Mg、Y、La 三元复合添加剂，总质量为450 ppm 时，氧化铝陶瓷的直线透光率能达到57%。
军用
响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。
透明陶瓷的制备
透明陶瓷的制备过程包括制粉、成型、烧结及机械加工的过程。为了达到陶瓷的 透光性,必须具备以下条件〔4〕:(1)致密度高;(2)晶界没有杂质及玻璃相,或晶界的 光学性质与微晶体之间差别很小;(3)晶粒较小而且均匀,其中没有空隙;(4)晶体对入 射光的选择吸收很小; (5)无光学各向异性,晶体的结构最好是立方晶系;(6)表面光洁 度高。因此,对制备过程中的每一步,都必须精确调控,以制备出良好的透明陶瓷材 料
透明铁电陶瓷 PLZT电光陶瓷 是一种典型的透 明铁电陶瓷，是 掺镧的锆钛酸铅。 这种材料具有较 高的光透过率和 电光效应，人工 极化后还具有压 电、光学双折射 等特性。主要用 于制作光调制器、 光衰减器、光隔 离器、光开关等 光电器件，也可 制成PLZT薄膜， 在电光和光学方 面具有较多的应 用。
方法二微波快速烧结 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，温从而影响材 料质量的稳定性。
推荐书目：
《透明陶瓷》 施剑林，冯涛 上海科学普及出版社 《Al2O3纳米粉体及透明陶瓷》 米晓云，孙秀刚 吉林大学出版社
《光学与光子学丛书:先进光功能透明陶瓷 》 潘裕柏，李江, 姜本学
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氧化钇透明陶瓷的制备
1.粉体的合成方法 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。 3.高温烧结
固相化学反应法 将六水
硝酸钇与乙二酸按1 ∶2 (物质的量比) 混 合,在玛
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
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。
透明陶瓷
透明陶瓷的分类
透明陶瓷的制备工艺
透明陶瓷的用途
氧化铝透明陶 瓷是最早投入 生产的透明陶 瓷材料。这种 透明陶瓷不仅 能有效透过可 见光和红外线 ， 而且具有较高 的热导率、较 大的高温强度、 良好的热稳定 性和耐腐蚀性。 主要应用于高 压钠灯灯管、 高温红外探测 窗、高频绝缘 材料及集成电 路基片材料等。
ALON
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。
透明陶瓷的分 类
氧化物透明陶瓷是研究得最早的一类 透明陶瓷也是研究较多的一类。因为 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一些，这是由于 非氧化物具有比较低的烧结活性以及 非氧化物中杂质含量高，尤其是氧含 量高。
氧化钇透明陶瓷 由于氧化钇是立 方晶系晶体，具 有光学各向同性 的性质，使得其 具有优越的透光 性能。氧化钇透 明陶瓷在宽广的 频率范围内，特 别是在红外区中， 具有很高的透光 率。由于高的耐 火度，可用作高 温炉的观察窗以 及作高温条件应 用的透镜。此外， 氧化钇透明陶瓷 还可用于微波基 板、红外发生器 管、天线罩等。
陈希衡
透明陶瓷
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、
氮化铝陶瓷透 明陶瓷 氮化铝陶瓷具 有高热导率、 高电绝缘性、 高硬度、低热 膨胀系数、优 良的光学性能 和声波传播性 能、优良的耐 金属侵蚀性能， 良好的耐化学 腐蚀性能等氮 化铝陶瓷的突 出用途是用做 基板材料。
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
除高压钠灯外，透明陶瓷还使用于其它新型灯具，如铯灯、铷灯、钾灯等。
电焊工人操作时，要不断地把面罩举起拿下，十分不方便。有一种锆钛酸铅镧 透明铁电陶瓷，能透光，耐高温，用它造成具有夹层的护目镜，能根据光线的亮 暗自动进行调节，有了这种护目镜，电焊工人工作起来就十分方便。这种护目镜 正在核试验工作人员和飞行员中得到广泛的作用。
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,制得氧化钇纳米粉末
透明陶瓷的用途
民用
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，上海狼影高庄钠灯才得到实际应用。