段子审核管理_KDD172
范文一：透明陶瓷的发展
透明陶瓷的发展
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?430070)
摘要综述和分析了研究和发展中的几种透明陶瓷,介绍了透明陶瓷的性能及有关用途。
关键词 透明陶瓷 性能应用
The Development If Transp'arent Ceramics
Liu Junfang Fu Zhengyi Zhang DonDning Zhang Jinyong
(State Key Lab.of Advance Tech.for Materials Sys.And Pro WUT,Wuhan‘430070)
Abstract Some kinds of developing and researching transparent eralTlics are xunmlarezed and analyzde in thix paper which tire a brief introdrction of their performances and applications.
Key words transparent ceramics performaces applications
降低材料的透明度。
1概 况 陶瓷内气孔可吧存在于晶体之间和晶体内部。 晶体之间的气孔外于晶界面上容易排除,而晶体内
所谓透明陶瓷就是能透过光线的陶瓷…。通常 部气孔即使是小于微米级的也很难排除。因此晶体 陶瓷是不透明的,但在1959年通用电器公司的研
内气局限性对于获得透明陶瓷是最危险的。因此我 究表明,在一定结构条件下,A1:0,陶瓷会变得透
们要从每一个工艺阶段(原料粉的制备、预烧、烧 明。由于这种材料在保持同类陶瓷材料所雎有的性 成)来防止气孑L的产生。
能外还能透光,因而在许多情况下更其优越性:高密 1.2
晶界结构
度和没有玻璃相使这种陶瓷材料更能耐腐蚀,而且 透明和不透明陶瓷的晶界结构是不同的。透明 在其机械加工时具有更高的表面江洁度。透光性、 材料的晶界模糊不清,而非透明材料的晶界很清 高密度和可能制备具有表面江洁度高的制品,使透 晰。陶瓷材料的物相组成中通常包含着两相或更多 明陶瓷材料的应用领域比普通同类成分材料的范 相,这种多相结构会导致光在相界表面上发生散 围要广得多,因而也引起了较多研究者的关注㈦。
射。材料的组成差异越大,折射率相差越大,整个陶 普通陶瓷由于对光有较强的反射,因而是不透 瓷的透光率越低。因而透明陶瓷晶界区应微薄、光 明的。大量的研究结果表明,对陶瓷这种透明性能 匹配性好、无气孔及夹杂物、位错等。具有各向同性 的影响因素主要有以下几个方面m,j:晶体的陶瓷材料可以达到与玻璃相近的直线透光 1.1气孔率 率。
对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔 1.3原料与添加济
率。普通陶瓷即使具有高的密度,往往也不是透明 许多研究表明,在陶瓷工艺中最终结构有继承 的,这是因为其中有很多封闭flO气,TL。文献指出,总
最初结构的现象。要想制备透明陶疱理想粉末,除 气孔率超过1%的氧化物陶瓷基本是不透明的,因 颗粒尺寸应小于1斗m以外,颗粒应呈球形,颗粒之 为气孔的折射率非常低(约为1.0),这些气孔在光
间不产生团聚,爿PKNn寸I'M的推移也会增加尺寸。 线传播的过程中会使光线发生多次反射,从而大大 为了获得透明陶瓷,有时需加入添加剂,抑制 陶瓷斜亏与乞术
晶粒生长。添加剂的用量一般很少,所以要注意添 加剂应该能均匀分布于材料中。另外,添加剂还应 能完全溶于主晶相,不生成第二相物质,也就是说, 不破坏系统的单相性。只有这样,气孑L脱离晶界和 转变为晶内气孔的概率才小。
1.4烧成气氛
透明陶瓷和普通陶瓷不同,最后须经真空、氢 气氛或其他气氛中烧成。对于阳离子和阴离子挥发 性小的陶瓷,当尺寸差异不大时可以采用在真空气 氛下烧成。在氢气氛中烧成透明氧化物陶瓷时,一 般使用一定量的水蒸汽,具有水蒸气的气氛能给予 氧化物还原反应,因为气体在固体中的扩散系数较 小。
1.5表面加工光洁度
透明阿瓷的透光度值受表面加工光洁度的制 约。烧成粉末地未处理面具有较高的粗糙度,即呈 现微小的凹凸状,光线入射到这种面上会发生漫反 射。烧结陶瓷的粗糙工越大,其透明度就越低。陶瓷 表面的粗糙度与原料的细散度有关。除选用高细散 度原料外,还应对陶瓷表面进行研磨和抛光,研磨 后的陶瓷的透光率一般可以从40%-45%增加到 50%-60%,抛光后更可达到80%以上。
2发展过程
透明陶瓷是二十世纪50年代末60年代初发 展起来的,最先打破陶瓷不透明概念的是1959年 美国通用电气公司发表的透光性氧化铝陶瓷 “Lucalox”(商品名称)[63。由于透明陶瓷固有的耐高 温、耐腐蚀、高绝缘、高强度等特性,又具有玻璃的 光学性能,因此得到广泛应用和迅速发展。经过几 十年的发展,已制备了一系列的透明陶瓷。
2.1氧化物透明陶瓷
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,尤其是氧含量高一i。现已研制成功、 投入生产的透明陶瓷包括脚:O。、MgO、Y:O,、ZrO:、 Th02等‘1I。
2.1.1氧化铝透明陶瓷
对氧化铝透明陶瓷的研究较早,在二十世纪六 十年代初,就已制成了透明刚玉陶瓷发光管的高压 钠灯[2]。
氧化铝透明陶瓷的最大特点是对可见光和红 外光具有良好的透过性,此外,还具有高温强度大、 耐热性好、耐腐蚀性强、电绝缘好、热导率高的优 点,因此,氧化铝透明陶瓷可用于做高压钠灯灯管。 高温红外探测用窗、坩埚和集成电路基片材料等。 2.1.2氧化钇透明陶瓷
称为“Yttralox”的氧化钇透明陶瓷首先是由美 国通用电气公司在二十世纪七十年代制成的[2j。 由于氧化钇是立方晶系晶体,具有光学各向同 性的性质,使得这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,因此这种材料被动作为各种检 测和能源窗。由于高的耐火度,几它作高温炉的观 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。
2.1.3氧化镁透明陶瓷
氧化镁系陶瓷是光学各向同性体,具有很好的 ‘透红外性,因此可用于制作高温炉窗口和红外探测 器罩,同时,也可利用它具有高耐碱性来制作坩埚
表 1钇铝石榴石透明陶瓷主要性能
?23?
与反应容器等。
由于氧化镁透明陶瓷具有较好的直线透光率、 较小的理论密度、高的导热性和良好的耐碱金属蒸 汽化学稳定性,故被视为具有发展前景的材料。 2.1.4钇铝石榴石透明陶瓷
钇铝石榴石透明陶瓷(3Y:o,?AI:00具有系列 重要性质:较高的熔融温度(1930。C)、机械强度、而 热性、于碱金属等离子体中的稳定性、良好的电物 理性能以及无多晶转化性等。主要性质见表一。 目前,美国采用热压法制备钇铝石榴石透明陶 瓷,Y:o。与脚:o,的化学计量比为3:5,使用MgO、 Na203等做添加剂。日本采用La203、Ce203、La203一 Na。O,、Lu:O,一Na:O,以及稀土元素氧化物作添加剂 制备钇铝石榴石透明陶瓷材料,该种陶瓷采用热压 法制得。俄罗斯采用高细散钇铝石榴石单相粉末在 引入ZrO:、HfiO:和Se:o,添加剂的情况下生产出 具有较高机械性能的高密度钇铝石榴石透明陶瓷, 就必须制备各种成分分布均匀的粉末,否则除了 3Y203?5A1203相外,还会形成铝酸钇Y:o,?脚:o,和 2Y:O,?A1:O,,从而破坏石榴石的理想配比,不能制 取较好的透明材料。
2.1.5铝镁酸透明陶瓷
铝镁酸(M鲥:04)具有光学各向同性的特性, 使得这种材料可以具有高的透明度。
铝镁酸透明陶瓷具有高熔点(2135。C)、康好的 化学稳定性、优异的机械性能和光学性能、优良的 热冲击性能、高的抗高速雨水腐蚀能力、可透过 200nm~6/xm的紫外材料、红外整流罩材料具有多 波段、宽范围透过特性。主要性质见表二。
制备优质的光学多晶铝镁酸透明陶瓷,要求有
表二 铝镁酸透明陶瓷主要性能
高纯度、反应活性好的刖:o,及MgO微粉,粒度约 2.2透明铁电陶瓷
151xm,过细的粉末易于吸附气体,使用表面成分变 1970年,透明铁电陶瓷问世后,就引起了广泛 为非化学计量。制备的方法是热压联合热等静压烧 的重视[12I。
结,设备复杂,价格昂贵,成型必须在洁净环境中进 透明铁电陶瓷除了PLZT外,还右在PZT中 行。 添加Bi形成PBZT透明铁电陶瓷;添加Hf形成 美国从70年代就致力于开发铝均匀酸透明陶PLHT透明铁电陶瓷。其性能与PLZT相似[1引。 瓷,但因方法和工艺的限制,制备的材料具有很低PLZT电光材料为掺镧的锆钛酸铅,可以用下 的光学透过率。直到80年代,随着原料处理工艺的 列通式来表示其化学组成:
优化和热压工艺的完善,Coors Company制备出光 (pb,J曲(ZryTi,)l-x/40,
学性能优异的铝镁酸透明陶瓷,但在紫外、可见波 其中x的范围是0.01-一0.30,y+z=1。其透光率 段具有很低的透光率。我国于90年代开始研制铝 随组成的不同而变化。有研究表明,当x=0.08~0.12, 镁酸透明陶瓷,目前,其光学性能批标超过美国80y=0.65时,透光率最高m]。
年代的水平,接近于美国90年代的水平L8.93。PLZT材料经过人工极化后,还具有压电、光学 近几睥,美国又展开了铝镁酸透明陶瓷军事用 双折射等特性。利用它的电光性能,可开发的器件 途的研究,它右以用做坦克窗口、士兵的防护面罩 有:光调制器、光开关、关记忆中的编页器、光栅等; 等。美国致力于研究制造大块透明陶瓷,国外已制 利用它的电控可变散射效应,可以开发了同系列具 造直径达220nma的铝镁酸材料。由此可见,我国制 有不同性能的光开关器件,如新型偏振无光开关、 备铝镁酸透明陶瓷的水平与美国尚有一段距离,还 宽谱严格无阻塞PLZT空分矩阵光开关、全波段亚 有待于我们去研究[11|。 微秒级响应的单片PLZT门集成尾纤封装开关等。 氧化物透明陶瓷还有其他的体系,如ZrO:、 制备透明PLZT电光陶瓷的主要工艺有:热压 ThO:、ZnS、MgF,等,但其特性都是差不多。 烧结、通氧热压烧结、气氛烧结、热等静压烧结等。
陶浇科亏与乞术 。24.廖历绣锺艨雾嚣髫鬟墓ij
表 三 氮化铝透明陶瓷主要性能
密度, 抗弯强度, 介电常数 热膨胀,10—6/qC 热导率, 电阻率, 匝!望堡 丛堕 (至§!=生QQ篁) 婴』(翼:k) 』2:!些 3.25354.48.9170>10“
随着其制备工艺的发展,拓宽了PLZT材料的应用 范围。目前,日本已把其列入40项重大课题之一 [14]。
2.3氮化铝透明陶瓷
氮化铝(AIN)陶瓷是九十年代有待开发的新 材料,它真有高热导率、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必能、优良 的耐金属侵蚀性能,良好的耐化学腐蚀性能等。主 要性能见表三[15|。
氮化铝陶瓷的突出用途是用做基板材料。目前 国内外主要采用硝:o,陶瓷作为基板材料,然而近 年来随着半导体元件向高性能、高密度、小型化、低 成本方向的发展,近切希望导热系数大的陶瓷基 板,因此许多学者进得了广泛深入的研究,认为SiC 及BeO是理想的材料。然而SiC烧结困难,BeO在 生产过程中产生毒素且价格昂贵限制了它的发展。 人们确信氮化铝陶瓷作为高热导材料具有巨大的 潜力,可以取代SiC、Beo,甚至部分取代烈:o,,因 为AIN具有一系列优异性能,其热导系数是拙o, 的8~10倍,可能进得多层布线,是很有发展前途的 基板材料。
此外,AIN还可以用于高温窗口、耐热涂层、散 热材料等等。
美国从1862年就开始研制AIN,随着研究方 法的深入和测试手段的完善,发现AIN具有多种优 异特性,因此从1980年以后就广泛用到各种工业 上。前苏联、欧洲、德国和日本等国也先后进行了研 究。我国是从“七五”期间才开始立题研究的,起步 较晚n“。
然而,AIN是共价键化合物,并且在合成AIN 粉过程中残留有杂质碳或者其他金属杂质,而且 AIN很容易水解引入氧杂技,所以纯AIN很难烧 结达到完全致密,而其透明烧结体就更难制得了。 对于氮化铝透明陶瓷的报道,国际上极少,只有日 本得山曹达公司的仓元信行等人报道了我一研究 成果,而国内尚只有中国科学院上海硅酸盐研究所 有过这方面的报道【4、17】。
相对于普通氮化铝陶瓷,氮化铝透明陶瓷具有 较高的纯度和烧结性、优异的综合性能,应用前景 广阔。
2.4氮氧化铝透明陶瓷
氮氧化铝AION(A1:03-AIN)分子式可以用 础∞027N5表示。
AION是多晶固溶体,含AIN27%-40%。该材 料在0.3~31*m区最高光透过率可达90%。其晶相是 立方尖晶石型,光学各向同性,它具有综合的光学、 物理、机械和化学性质,是耐高温红外窗和罩的优 选材料。主要性质见表四[10as,193。
表 四 氮氧化铝透明陶瓷主要性质
密度, 熔点, 杨氏模量, 抗弯强度, 热导率, 热膨胀, 透过极限,Ixm 嘭!里三 兰 鱼里! 丛堕
型地:盟 鱼Q兰兰QQ里2(三iQ墅!至:!虫里星2 3.712140323.63001265180.27~5.12
AION透明陶瓷以其优异的力学性质,特别是 光学性质,日益引起人们的重视,成为一种新型陶 瓷材料。美国已对AION透明陶瓷的军事用途进行 了研究,制造出12cm/16cm的透明平板。目前,国 内对AION的研究甚少[112。
3总结与展望
重篮旦曩黼瀚髫罄纛荔碧錾i:
透明陶瓷具有非常广阔的应用前景,它除了具 有透明性以外,还具有材料本身的特性。经过几十 年的研究,已取得了可喜的成果,其材料开发从过 支的氧化铝透明陶瓷、氧化镁透明陶瓷、饼化钇透 明陶瓷等到材料扩展到透明PLZT电光陶瓷、钇铝 石榴石透明陶瓷、铝镁酸透明陶瓷、氮化铝透明陶 瓷以及氮氧化铝透明陶瓷等材料,这些透明陶瓷的
Ceramics Science&Art ?25?
发展拓宽了陶瓷的应用。但仍需进行更深入的研 究,以进一步完善透明陶瓷的性能、改进透明陶瓷 的生产工艺,并期待开发出更新型的透明陶瓷。
参考文献
收稿日期:2001-06-20
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(上接28页)是以共价键性非常强的氮化硅及碳化 硅类陶瓷为主。其与氧化物陶瓷比较,耐高温性能 更好,为此奠定了非氧化物系陶瓷发展的基础。从 目前来看碳化硅陶瓷材料在发动机上的应用,除了 叶片以外,其它已达到了实用化阶段。Di‘片要承受 极大应力,所以即使使用碳化硅材料也仍然存在着 因产品缺陷造成损坏和可靠性不足等问题。燃气发 动机追求的技术性能目标是:节能、节省资源、降低 成本、使用燃料多样化等。这些目标的实现不可能 离开陶瓷材料。可以断言,汽车用燃气发动机的最 佳设训‘,决定于陶瓷材料的最新发展。
10、抗辐射陶瓷
美国科学家研制成一种特别能耐放射性辐射 的新型陶瓷材料,它可用来制作贮存放射性核废料 的容器。专家们认为,新型陶瓷有可能解决现代动 力工程最棘手的问题——核废料存放找到一种有 办法。新型陶瓷是在萤石(氟石)基础上制成的,萤石 能成功地抵抗许多材料在放射性作用下发生的破 坏过程一龟裂和膨胀,而龟裂和膨胀会导致这些材 料强度低和防水性能变差。所有用来贮存放射性废 料的现代材料,都不能确保其密封性能超过100年。如果贮存核废料的容器一旦失去密封性能,其 后果将不堪设想:地下水会渗入容器里使核废料泄 漏,从而严重污染当地的环境。
萤石由于其晶格中“柔性“的分子排列而具有 很强的抗辐射性能,正是这一特性在入射性作用 时,使自己的结构片段发生可逆的“弯曲“和“移 位”,成功地阻止辐射引起的形变,从而能在几百年 内抵抗住强辐射,不失去自己的密封隔绝性能。现 在科学们希望,将新型陶瓷的抗辐射性能提高到 1000年。
收稿日期:2001—09—03
.j移.段泌鳃耨嚣鳝荔霪雾|陶浇斜亏与艺术
透明陶瓷的发展
作者:刘军芳 , 傅正义 , 张东明 , 张金咏 , Liu Junfang, Fu Zhengyi, Zhang Dongming, Zhang Jinyong
作者单位:武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,武汉·430070
刊名:
陶瓷科学与艺术
英文刊名:CERAMICS SCIENCE & ART
年,卷(期):2002,36(1)
引用次数:4次
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,Yb3+:Y2O3粉体大小均匀,近似球形,尺寸约40~60 nm.Yb3+:Y2O3透明陶瓷相对密度为99.7%,在波长600~800 nm范围内其透光率达到80%.Yb3+:Y2O3透明 陶瓷在950 nm处吸收线宽达到26 nm,在1 031 nm和1 076 nm处的发射线宽分别为13 nm和17 nm.
5.学位论文 仝世红 醇水溶剂共沉淀法制备Nd:YAG粉体及透明陶瓷的研究 2007
掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)陶瓷具有良好的物理性能、优异的光学和激光性能,是一种重要的四能级固体激光工作物质,广泛应用于军事、通信、工 业、医疗等各个领域。随着大量研究工作的开展,Nd:YAG陶瓷的各种性能与单晶相一致,甚至某些性能超过单晶,已可用来替代单晶用作激光材料。 本文采用醇水复合溶剂共沉淀法制备YAG纳米粉体及其透明陶瓷。在粉体制备方面,主要针对YAG纳米粉体的制备工艺及其合成参数进行了研究,同时 对YAG粉体制备的机理进行了探讨;在陶瓷烧结方面,主要对烧结工艺和该粉体的烧结活性进行了研究。重点创新工作如下: 采用醇水溶剂共沉淀 法合成了性能优异的YAG粉体。采用XRD、红外分析、TG/DSC分析等测试手段对反应物浓度、醇水比值、共沉淀温度、热处理温度、前驱体的成分等与 YAG相的形成和粉体性能的关系进行了研究,以及利用这些测试手段对醇水溶剂共沉淀法制备YAG的合成机理进行了研究。结果表明:合成过程中反应物 浓度、不同醇水比和共沉淀温度对YAG相的形成过程及合成粉料的性能起关键作用。在适当的反应物浓度、醇水比和共沉淀温度下,醇水溶剂共沉淀所得 前驱体可在900℃直接由无定性态转变为晶态的YAG,而没有中间相,且粉体性能优异。相反,在同样条件下水溶剂共沉淀所得前驱体需在高于1100℃的 热处理温度下才能完全转变为纯相YAG粉体,其原因主要在于醇水溶剂性能与水溶剂性能不同。通过分析,无论是醇水溶剂体系所得的前驱体还是水溶剂 体系所得的前驱体,它们的成分都是由Y<,2>(CO<,3>)<,3>和Al(OH)<,3>组成的。相比较而言,醇水溶剂的使用并未改变前驱体的成分,但是醇水溶剂体 系制备的前驱体中Y<'3+>和Al<'3+>的均匀性得到更好的改善,其局部配比保持在3:5,这样在热处理过程中直接形成单相YAG而不需经过固相扩散反应 。采用SEM、紫外-可见分光广度计等测试手段对醇水溶剂共沉淀法合成粉体的烧结活性以及影响烧结的各因素进行了研究。研究结果表明:烧结温度和 保温时间对透明陶瓷的获得十分关键,合适的烧结温度和保温时间分别为1750℃和20小时。在合适的烧结条件下,烧结体己具有很高透明度。由于烧结 过程没有添加烧结助剂,烧结体的晶粒很大,为几百微米,并且烧结过程中晶粒的过快生长导致其体内含有少量的气孔。与水溶剂所得粉体的烧结活性 相比,醇水溶剂制备的Nd:YAG粉体的烧结活性明显提高。不同醇水比条件下所得粉体被烧结成陶瓷,其透明度随醇水比的升高而升高,但是变化并不明 显。适量MgO做烧结助剂,在一定程度上可抑制晶粒长大,改善烧结体的显微结构。 以上研究均未见报道。
6.学位论文 何捷 镁铝尖晶石透明陶瓷及单晶辐照效应研究——镁铝尖晶石抗辐照研究 2002
该文根据我们所承担的横向课题,着重研究了镁铝尖晶石晶体和透明陶瓷在不同辐照源下的辐照效应,以及怎样提高其抗辐照变色能力.该文利用金属 醇盐法及高温焙烧法制得了镁铝尖晶石粉料,得到了制备高质量的镁铝尖晶石粉料及其掺杂粉料的最佳工艺,对制得的粉料进行了分析测试,实验表明所制 得的粉料颗粒粒度大约在几十到上百个纳米之间,而且都具有良好的均匀性和分散性,并且纯度很高.通过焰熔法和热等静压法制备了镁铝尖晶石晶体和透 明陶瓷,并得到了制备的工艺参数和影响产品质量的相关因素.从研究镁铝尖晶石透明陶瓷及晶体辐照效应出发,对辐照引起镁铝尖晶石样品中的色心及其 导致样品透过率下降进行了深入的理论分析和相应的实验研究.
7.会议论文 雷鸣 . 张礼杰 . 王英伟 . 曾繁明 . 邹志伟 . 刘景和 透明陶瓷的研究现状与发展
由于透明陶瓷具有优异性能,近年来得到广泛深入的研究,并在实际应用中取得一定突破,有可能成为替代单晶的新一代光学材料.本文重点介绍了透 明陶瓷以及制备中出现的新方法和新工艺的发展趋势。
8.期刊论文 李江 . 吴玉松 . 潘裕柏 . 刘文斌 . 安丽琼 . 王士维 . 郭景坤 . LI Jiang. WU Yusong. PAN Yubai. LIU Wenbin. AN Liqiong. WANG Shiwei. GUO Jingkun固相反应法制备高浓度掺杂Nd:YAG激光透明陶瓷及其性能 -硅酸盐学报
2007,35(12)
用固相反应和真空烧结技术,成功制备了高质量的4.0%(摩尔分数)Nd:YAG透明陶瓷,并对样品的显微结构、光学透过率、光谱性能和激光性能进行了 表征.结果表明:样品的平均晶粒尺寸约为10 μm;样品(厚度为2.8 mm)在1 064 nm处的透过率高达79.5%;主吸收峰位于807 nm处,峰值吸收系数为13.9 cm-1,激光波长1 064 nm处的吸收系数为0.2 cm-1;主荧光发射峰位于1 064 nm处,荧光寿命为102 μs.用激光二极管(808 nm)端面泵浦Nd:YAG陶瓷样品 (泵浦源最大输出功率为1 000 mW),获得了波长为1 064 nm的连续激光输出,输出功率17 mW(最大泵浦吸收功率为998 mW),斜率效率为6.1%,激光阈值约 733 mW.
9.期刊论文 张浩佳 . 杨秋红 . 陆神洲 . ZHANG Haojia. YANG Qiuhong. LU ShenzhouLa2O3对Nd3+掺杂氧化钇透明陶瓷
性能的影响 -硅酸盐学报 2009,37(9)
3+掺杂的氧化镧钇透明陶瓷的直线透过率最高达到80%.
10.期刊论文 牛金叶 . 孙成功 . Niu Jinye. Sun Chenggong透明陶瓷的研究现状及应用进展 -现代技术陶瓷
2007,28(4)
综述了Al2O3,YAG,AlON,Y2O3,镁铝尖晶石,闪烁陶瓷,PLZT等几种具有重要应用的透明陶瓷的研究现状,分别论述了其主要性能及应用进展,并对其发 展趋势进行了分析讨论.
引证文献(6条)
1. 李卫东 . 曹瑛 . 房明浩 . 黄朝晖 透明陶瓷的研究进展 [期刊论文]-人工晶体学报 2007(01)
3. 栾奇 放电等离子烧结技术制备YAG陶瓷的研究 [学位论文]硕士 2006
4. 赵兴宇 . 郭文利 . 葛昌纯 透明α-Sialon的研究进展 [期刊论文]-材料导报 2005(z2)
5. 季凌飞 激光快速烧结技术制备高介电常数Ta<,2>O<,5>基陶瓷的研究 [学位论文]博士 2005
6. 卢利平 . 刘景和 . 臧春和 . 张亮 . 曾繁明 . 万玉春 碳酸盐共沉淀法制备掺镱钇铝石榴石透明陶瓷的工艺 [期刊论文]-硅酸盐学报 2004(10)
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下载时间:2010年1月24日
范文二：尖晶石型AlON透明陶瓷的结构与性能
尖晶石型AlON 透明陶瓷的结构与性能
姓名：卢刚 班级：材研1005 学号：104972100244
摘要：尖晶石型氮氧化铝（AlON) 是A12O 3-AlN 体系的一个重要的单相、稳定的
的固溶体陶瓷，它以其独特的性能成为颇具潜力的新材料。AlON 陶瓷具有优良的光学、物理、机械和化学性质，特别是它所具有的各向同性，高温烧结可制成透明陶瓷，因而是耐高温红外窗和罩的优选材料。
本文介绍了AlON 陶瓷的研究进展、组成与结构、以及AlON 陶瓷的相关性能。 关键词：氮氧化铝；透明陶瓷；尖晶石型；研究进展；组成与结构；性能 Abstract ：T he spinel aluminum oxynitride (AlON) is an important single-phase ,stable solid solution ceramic of A12O3-AlN system, and has become a quite potential new material with unique performances . there are some excellent optical ,physical, mechanical and chemical properties of AlON ceramics, in particular which can be sintered into the transparent one for its isotropy, it is the optimum material for the infrared windows and covers to resist high temperature.
In this paper, the research progress、composition 、structure 、and the properties of AlON ceramics are introduced.
Key words: aluminum oxynitride transparent ceramics spinel research progress composition structure properties
1 透明AlON 陶瓷的研究进展
尖晶石型氮氧化铝(AlON)是A1203-AlN 体系的一个重要的单相、稳定的的固
溶体陶瓷，氮氧化铝的诸多特点决定了它是制备透明陶瓷难得的材料。它为立方尖晶石晶体结构，空间群为Fd3m ，点群为m3m ，即AlON 具有各向同性的光学性能；AlON 具有很高的强度(380Mpa)和硬度(1950kg／mm 2) ；它的透光范围宽，从紫外区的0.2um 一直到红外区的6.0um 处，此外，作为多晶陶瓷，它比单晶蓝宝石更容易制得大尺寸部件，而且用传统的陶瓷制备技术就可以制得形状复杂的透明部件，这大大降低了成本。因此AlON 在透明装甲和许多光学领域是非常有用的材料。大炮弹膛的窗口要承受激光能，AlON 也可用在大口径大炮的点火装置。 由于它具有优良的光学、力学和化学性能，因而成为颇具潜力的新型材料。另外，AlON 具有良好的耐高温性、热震稳定性和抗侵蚀性能，因而可作为一种
理想的耐火材料；高纯、致密的AlON 陶瓷具有透光性，且由于其具有光学各向同性，在0.2～0.6um 光波波段最高理论透过率可达80％以上，所以AlON 透明陶瓷是耐高温红外窗口和头罩的优选材料．Yamaguchi 于1946年首次证实似γ-AlON 是温度高于1000℃时能稳定存在的一种尖晶石型AlON 。从Ymnaguclfi 等人发现并证实尖晶石型AlON 存在至今，还未能精确地确定尖晶石型AlON(γ-AlON) 的固溶区范围，但所有研究者一致认为其固溶区内并不包括一般公认的典型尖晶石结构组成的AION 即A13O 3 N(A1203-AlN) 。
2 AlON陶瓷的组成与结构
迄今为止，从Mccaule 修正的Le ．jus 于1964年绘制的AlN-A1203假二元系
相图中可以看出，AlN-A1203二元系中有多种氮氧化铝相存在。根据其晶体结构，
这些相大致可被划分为两组：一组属纤维锌矿结构(Wurrtzite structure)，另一组属尖晶石结构(Spinel structure)。Mccauley 从晶体化学角度，分析了尖晶石型氮氧化铝的晶体结构和相应组成。α-AlON 和φ-AlON 是摩尔组成分别为35.7％AlN 和16.7％AlN 的两种理想尖晶石型氮氧化铝。实际上，在AlN-A1203系统内氮氧化铝存在一个较宽的固溶区，其摩尔组成在25％AlN 周围区域内，但不同研究者报道的组成范围不同，一般称这种尖晶石型氮氧化铝为γ-AlON 。Corbin 等人发现γ-AlON 经氧化后组成虽发生变化，但仍保持尖晶石型结构，后称γ′-AlON 。δ-AlON 是另一种尖晶石型氮氧化铝，其摩尔组成范围在4％～12％AlN ，表中给出了一种组成的δ-AlON 。φ-AlON 是Michel 发现的单斜系氮氧化铝。在AlN-A1203二元系统中，尖晶石型丫一氮氧化铝(γ-AlON) 是唯一一种潜在
的具有广泛应用前景的氮氧化铝材料。
3 AlON陶瓷的性能
3.1 AlON 陶瓷的抗氧化性能
AlON 的抗氧化性实验表明：无论使用原始粉料还是烧结试样，都在870℃时开始氧化，粉料在1300℃温度时完全氧化，而烧结试样在l500℃下保温2h 之后，氧化没有结束，在10h 后结束。观察发现，烧结试样严重破坏，且发生了剥落和裂纹。前者的原因是发生了反应
AlON+02一A1203+N2。AlON 颗粒发生剥落(因而在高温下AlON 只能隔绝氧使用) ；
后者的原因是从立方晶格型AlON 转变成三角形刚玉结构的过程中，由于试样内部温度梯度大，晶格择优取向引起热膨胀的各向异性，在冷却时产生应力，导致
剥落和裂纹。
Stockholm 大学的郑捷等研究了AlON 粉末(1～3um) 的氧化行为：在大气中，低于600℃时AlON 是稳定的。在1200℃时只需几个小时即可完全氧化，而在中间温度的大气和氧气中，其成分一时间曲线呈“S ”形，并认为其氧化行为是从生核开始的，有明显的孕育期。在充有氩气的实验环境下，将AlON 致密试样在1 550℃的环境中4h 的热处理，试样的质量没有发生变化，XRD 分析也证明其相组成没有发生变化。在试验温度范围内，AlON 在氩气保护下是稳定的，不发生热分解。
3.2 AlON 陶瓷的热稳定性
对于尖晶石型氮氧化铝的热稳定性存在两种不同的观点，Dorner 认为AlON 为不一致熔融化合物，熔点温度为2000℃，在1600℃以下分解为AlN 和A1203，而Kaufman 认为该氮氧化铝为一致熔融化合物，熔点温度1940℃，并可以稳定至室温，且Kaufman 的热力学计算结果与其实验数据比较相符。
近来，Zych E 等人在中性气氛和还原气氛中系统地研究了尖晶型A10N 相的热稳定性，发现尖晶石型AlON 相仅在1640℃以上稳定存在，低于此温度时不稳定，分解为AlN 和A1203。李亚伟、李楠等人也发现，通过反应烧结氮化铝和氧
化铝也很难在1650℃以下合成AlON ，而在碳热还原过程中AlON 相却能在低于1650℃下出现，但也有高于此温度发现AlON 相的报道，引用Kaufman 的热力学数据计算后发现，在任何温度下，AlON 相的稳定相区，相对于其它凝聚相相区均比较窄小，受其周围气氛的影响，很容易转变成相邻的凝聚相，这可能是很多研究者在碳热还原法合成氮化铝过程中的，不同温度区间发现AlON 相存在的主要原因。
3.3 AlON 陶瓷的硬度
采用维式金刚钻在室温下对试样进行硬度测量，5N 的试验负荷下，其硬度分别为10.6GPa 及14.1GPa 。与压入法硬度试验(压痕) 相比，在一定试验载荷下，两者都会产生裂纹(这将导致较低的裂纹韧性) ，但前者的裂纹韧性较低。如果使用较纯的粉料，则有望提高其硬度。
4 结束语
尖晶石型氮氧化铝(AlON)是A1203-AlN 体系的一个重要的单相、稳定的的固
溶体陶瓷，氮氧化铝的诸多特点决定了它是制备透明陶瓷难得的材料。由于它具
有优良的光学、力学和化学性能，因而成为颇具潜力的新型材料。另外，AlON 具有良好的耐高温性、热震稳定性和抗侵蚀性能，因而可作为一种理想的耐火材料；高纯、致密的AlON 陶瓷具有透光性，且由于其具有光学各向同性，在0.2～0.6um 光波波段最高理论透过率可达80％以上，所以AlON 透明陶瓷是耐高温红外窗口和头罩的优选材料。AlON 陶瓷有很好的抗氧化性能、热稳定性能以及其它一些优良性能。
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范文三：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
abstract
As 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 weapon
0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]。自从 1960 年世界上第一台红宝石激光器问世以来， 激光技术有了很大的发展， 已经从实验室走向应用。虽然早在 20 世纪 60 年代， 材料研究者从理论上论证了各向同性的光学陶瓷能够产生激光作用，但由于陶瓷材料是多晶体，其颗粒边界、气孔率、成分梯度及晶格的不完整性所引起的内部散射损耗过大而难以实现有效的激光输出， 此后数十年来激光陶瓷的研究一直未有突破性进展[2-3]。随着陶瓷工艺和纳米技术的发展, 国内外在此方面的研究已经取得突破性进展, 尤其以日本科学家在此方面成就为著, 但其制备技术处于高度保密状态, 各国科研人员仍在各自探索。
1影响激光陶瓷透明性的因素
普通陶瓷是多晶体，存在大量晶界、气孔和杂质，当入射光遇到这些“障碍物”时，容易产生散射与吸收，从而导致入射光大量损失，透光率较小，因此我们看到陶瓷一般都是不透明的。
透明陶瓷如要获得高透光率，必须具备以下条件[4] ：1陶瓷内部致密度高，接近于理论密度。2晶界上不存在空隙，或空隙大小比光波长小得多。3晶界没有杂质及玻璃相。4晶粒较小而且均匀，其中没有空隙。5无光学各向异性，晶体结构最好是立方晶系，不然会引起双折射现象。6表面光洁度高，降低表面对光的散射 。7晶体对入射光的选择吸收很小。
2透明陶瓷的制备方法
到目前为止，到目前为止，Nd ∶ YAG 粉体的制备方法主要有固相反应法［5］、共沉淀法［6］、水热法［7］和溶胶-凝胶法［8］等。并且由于其特殊性，所以对制粉和烧结的工艺要求相对较高。本次实验采用溶胶凝胶法来制备摻钕钇铝石榴石激光透明陶瓷基片。
2.1溶胶凝胶法
溶胶凝胶法是一种制造陶瓷和玻璃的低温湿化学合成法，而这个方法包含了系统的液相（溶胶）到固相（凝胶）的转换，它有各式各样的应用：举凡Ultra-fine 陶瓷粉、大型制陶及制玻璃业、陶瓷纤维、无机薄膜、气凝胶。溶胶-凝胶法在 600~ 1000℃ 即可得到 YAG 粉体颗粒, 说明溶胶-凝胶法合成的前驱体化学均匀性较高, 但是由于溶胶-凝胶法所用的有机原料成本较高,YAG 前驱体凝胶未经洗涤, 干燥时易形成二次颗粒, 热处理时更易产生硬团聚, 烧结活性不理想, 未报道得到透明性良好的陶瓷体材料。溶胶-凝胶法制备 YAG 的荧光粉、 纤维及薄膜材料较为成功[9]。
2.2低温燃烧合成法
近年来，低温燃烧合成法（LCS ，low-temperature combustion synthesis）也广泛应用于透明陶瓷粉体的制备。该方法基本过程为 ： 在金属硝酸盐的水溶液中加入适量有机物，溶液加热后发生沸腾、浓缩、冒烟、起火迅速燃烧，最后得到氧化物粉末。张永明[10]等以 Y2 O3 、A1(NO 3 ) 3 、柠檬酸、乙二醇为原料，采用低温燃烧法成功制备了透明陶瓷粉体。
2.3共沉淀法
共沉淀法是合成高纯超细粉体最广泛的方法之一[11]，在含有多种金属阳离子的溶液中加入沉淀剂，一般制备两种以上金属元素的复合氧化物。王能利等[12] 以 Y 2 O 3 粗粉、Nd 2 O3 、硝酸和氨水为原料，通过共沉淀法成功制备了 Nd:Y 2 O 3 透明陶瓷纳米粉体。均匀沉淀法一般使用尿素为沉淀剂，由于尿素受热分解产生沉淀离子，并立即被消耗，因此消除了沉淀剂的浓度不均匀性。
3目前发展现状
3.1国外研究现状
近年来，技术最先进的国家日本仍在不断取得新的进展。A.Ikesue 等在芯为 Yb ∶YAG 的陶瓷棒周边包覆非掺杂的 YAG 陶瓷，做成同轴有芯复合陶瓷结构，以此制成的薄片激光器已多次实现百瓦量级的激光输出。此外，他们还研制出中间层为 Nd ∶YAG 透明激光陶瓷， 两外层为 YAG 透明陶瓷的层状复合陶瓷，该复合陶瓷的热导率高达 15W/ m· K ， 有望用于研发高功率的激光器 [13] 。 2005 年， 美国达信公司采用 Nd:YAG 陶瓷板条激光器，实现了 5 kW 的高功率连续激光输出，并以此获得了美国军方关于激光定向能武器的研制订单，预计在 2007 年实现 100 kW 的激光输出 [15] 。
2006 年 3 月， 美国 Lawrence Livermore 国家实验室的研究人员利用日本 Konoshima 化学公司生产的尺寸为 10 cm×10 cm×2 cm 的 Nd : YA G 透明激光陶瓷板条研制出高功率全固态热容激光器 （如图 2 所示） ，产生了 67 kW 的平均输出功率，这是到目前为止已报道的陶瓷激光器的最大输出功率 [14] 。
3.2国内研究现状
2004年，东北大学孙旭东采用固相反应法、1700℃真空烧结 5h ，制备了高透光的 Nd ∶YAG 陶瓷，其在可见光区最大透光率 63%，红外光区透光率接近 70% [16] 。
2006 年 5 月， 中科院上海硅酸盐研究所潘裕柏以高纯商业 A1 2 O 3 、Y 2 O 3 和 Nd 2 O 3 超微粉作为原料，在 1650℃.-1780℃真空条件下保温 10h 以上，制备出尺寸为 3mm ×3mm ×3mm 的 Nd ∶YAG 透明陶瓷，并实现 1003mW 的激光输出 [17] 。
此外，冯涛于 2007 年 12 月首次实现连续激光输出，其输出功率和斜率效率与日本 2003 年报道的Yb:Y 2 O 3 透明陶瓷首次激光输出基本一致 [18] 。
4结束语
激光透明陶瓷的前途不言而喻，中国仍需很长的路去追赶国际先进水平，这样的艰巨任务就落在我们肩上，我们要肩负起这个责任，争取不断创新，不断改进，做到最好。同时更好的引导更多人加入到科研大军中来，不断加强我国的综合实力。
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范文四：透明陶瓷
透明陶瓷
【摘要】：
透明陶瓷在保持同类陶瓷材料所有的性能外还具有透光性，因而在许多情况下更显其优越性：高密度和没有玻璃相使这种陶瓷材料更能耐腐蚀，
【关键词】：
可透光性、耐腐蚀、脆性较大、耐火、高电绝缘性。
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·LCoble 制备得到透明氧化铝陶瓷证实了这一点
这种透明氧化铝陶瓷材料不仅具有良好的透光性 ,而且在力学、光学、热学、电学等诸多性能方面优于不透明陶瓷, 在光学、照明技术、 高温技术、激光技术及特种仪器制造等领域具有特殊的用途。
由于这种材料在保持同类陶瓷材料所有的性能外还具有透光性，因而在许多情况下更显其优越性：高密度和没有玻璃相使这种陶瓷材料更能耐腐蚀，
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。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。
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。
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。
氮化铝透明陶瓷
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。
然而，AIN 是共价键化合物，并且在合成AIN 粉过程中残留有杂质碳或者其他金属杂质，而且AIN 很容易水解引入氧杂质，影响制品的致密度和透光性，导致其发展缓慢。
氮化铝陶瓷的突出用途是用做基板材料。目前国内外主要采用Al2O3陶瓷作为基板材料。然而近年来随着半导体元件的发展，要求导热系数大的陶瓷基板。AIN 的热导系数是Al2O3的8～10倍，是很有发展前途的基板材料。
相对于普通氮化铝陶瓷，氮化铝透明陶瓷具有较高的纯度和烧结性、优异的综合性能，应用前景广阔。
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。
自愈轮胎材料
许多开车族都有这样的体验：驾车时突然轮胎破了，尽快停车，手忙脚乱地换备胎，耽误时间不说，还容易出危险。德国一家轮胎公司推出的一项新发明——自愈轮胎，这时就可以一显身手了。
德国大众汽车推出一款时尚跑车帕萨特CC ，该车装有“自动愈合伤口”功能的新型轮胎Contisea 。帕萨特CC 成为第一辆配备这种轮胎的面向市场投放的车。
据德国媒体报道，在帕萨特CC 发布会上，德国大陆轮胎公司为其新发明的轮胎架设了一座展台，展示了神奇一幕：把一根长长的钉子刺进轮胎后，稍稍转
动轮胎，钉子造成的伤口竟在短时间内愈合了。其实，这种轮胎的内壁涂有一层类似沥青的穿孔密封剂，当轮胎被钉子刺破，这层涂剂就会向破洞处挤，并快速填补“伤口”。所以当车胎被刺破时，大可不必停下车来换备胎。但前提是破洞不能太大，直径别超过５毫米。
这种神奇的新材料是由从植物中提炼出的脂肪酸合成所得，是由众多小分子结构混合成超大分子网络结构而成，一旦这种超大分子网络结构被打破而出现碎裂，其中的小分子就会自动重新回到结构中，并表现出原有的弹性。这种材料可以像橡胶一样被拉长，也会像橡胶一样被扯成两段，把两处断口放在一起时，断口处的分子会自行配对，寻找新的“同伴”并粘合。但如果两处断口在几小时内没有被放到一起，则断口处的分子将和附近的其他分子结合，材料就不能再被修复了。
这种“自愈”轮胎像人体一样拥有免疫系统。当人体某处受到损伤时，免疫系统立刻启动，血液循环及时将体内的治疗药物送到伤口并对其进行治疗。而这种轮胎所用的橡胶材料内部含有数百万个充满液体的微型胶囊，这些胶囊壁厚0．1毫米，细如发丝却威力无穷。一旦橡胶材料表面出现了裂纹，胶囊壁就会破裂并释放出液态的“修复剂”，在催化剂的帮助下，修复剂涌入裂缝，瞬间弥合。采用这种技术的轮胎等产品的寿命会延长两三倍。测试表明，自我修复系统将受损材料的强度恢复到原来75％。
【参考文献】：
《机械工程导论》
百度文库
范文五：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。因此晶界应微薄、光匹配性好、无气孔及夹杂物、位错等缺陷。
其次，陶瓷材料的物相组成中通常包含着两相或更多相，这种多相结构会导致光在相界表面上发生散射。材料的组成差异越大，折射率相差越大，整个陶瓷的透光率越低。
2.3 原料与添加剂
原料的粉体粒径应小于1μm以外，尺寸要均匀，不产生团聚。所以有时需加入添加剂。一方面是使烧结过程中出现液相，降低烧结温度，另一方面是抑制晶粒的长大，缩短晶内气孔的扩散路程，从而有利于得到致密的透光性好的透明陶瓷。
添加剂用量一般很少，应能均匀分布于材料中，完全溶于主晶相，不生成第二相物质，也就是不破坏系统的单相性。只有这样，气孔脱离晶界时转变为晶内气孔的概率才小。
例如在烧结Al2O3透明陶瓷时，加入MgO。但是由于MgO局部偏析,在MgO分布较高的区域超过了固溶极限，就会在晶界上析出第二相（MgAl2O3）尖晶石，从而成为光的散射中心，使Sim增长，降低了Al2O3陶瓷的透光性。
2.4 烧成气氛
透明陶瓷和普通陶瓷不同，最后须经真空、氢气氛或其他气氛中烧成。对于阳离子和阴离子挥发性小的陶瓷，当尺寸差异不大时可以采用在真空气氛下烧成。在氢气氛中烧成透明氧化物陶瓷时，一般使用一定量的水蒸汽，具有水蒸气的气氛能给予氧化物还原反应，因为气体在固体中的扩散系数较小。
2.5 表面加工光洁度
透明陶瓷的透光度还受表面加工光洁度的制约。烧结后未处理面具有较大的粗糙度，即呈现微小的凹凸状，光线入射到这种面上会发生漫反射。其表面的粗糙度越大，其透明度就越低。陶瓷表面的粗糙度与原料的细散度有关。除选用高细散度原料外，还应对陶瓷表面进行研磨和抛光。最终表面光洁度达到11～13级。
3 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：（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。
3.1 粉料制备
透明陶瓷的原料粉有四个要求：（1）具有较高的纯度和分散性；（2）具有较
高的烧结活性；（3）颗粒比较均匀并呈球形；（4）不能凝聚，随时间的推移也不会出现新相。传统的粉料制备方法主要有固相反应法、化学沉淀法、溶胶-凝胶法以及不发生化学反应的蒸发-凝聚法（PVD）和气相化学反应法。
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，其致密度可达理论密度的99.9%或更高。一般的化学方法，包括沉淀法、溶胶-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。这是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的引入各类添加剂。例如，人工晶体研究所的黄存新等就是采用金属醇盐法合成尖晶石超细粉末。他们将金属铝和镁分别与异丙醇、乙醇反应生成醇盐化合物，再将其混合、水解、干燥、高温煅烧，即得到性能良好的尖晶石粉料以制备透明铝酸镁陶瓷。
3.2 成型技术
透明陶瓷成型可以采用各种方法，如泥浆浇注、热塑泥浆压铸、挤压成型、干压成型以及等静压成型等。
干压成型是将粉料加少量结合剂，经过造粒然后将造粒后的粉料置于钢模中，在压力机上加压形成一定形状的坯体。干压成型的实质是在外力作用下，借助内摩擦力牢固的把各颗粒联系起来，保持一定的形状。实践证明，坯体的性能与加压方式、加压速度和保压时间有较大的联系。干压成型具有工艺简单、操作方便、周期短、效率高、便于实行自动化生产等优点，而且制出的坯体密度大，尺寸精确，收缩小，机械强度高，电性能好。但干压成型也有不少缺点，如模具磨损大，加工复杂，成本高，加压时压力分布不均匀，导致密度不均匀和收缩不均匀，以致产生开裂、分层等现象。
等静压成型是利用液体介质不可压缩性和均匀传递压力性的一种成型方法，它将配好的坯料装入塑料或橡胶做成的弹性模具内，置于高压容器中，密封后，打入高压液体介质，压力传递至弹性模具对坯体加压。等静压成型有如下特点：
（1）可以生产形状复杂、大件及细长的制品，而且成型质量高；（2）成型压力高，而且压力作用效果好；（3）坯体密度高而且均匀，烧成收缩小，不易变形；
（4）模具制作方便，寿命长，成本较低；（5）可以少用或不用粘接剂。
3.3 烧结方法
透明陶瓷的烧结方法多种多样，最常用的是常压烧结，这种方法生产成本低，是最普通的烧结方法。除此之外，人们还采用不少特种烧结方法，如热压烧结、气氛烧结及微波烧结技术。
热压烧结是在加热粉体的同时进行加压，因此烧结主要取决于塑性流动，而不是扩散。对于同一种材料而言，压力烧结与常压烧结相比，烧结温度低得多，而且烧结体中气孔率也低；另外由于在较低的温度下烧结，就抑制了晶粒的成长，所得的烧结体致密，且具有较高的强度。热压烧结的缺点是加热、冷却时间长，而且必须进行后加工，生产效率低，只能生产形状不太复杂的制品。
气氛烧结是透明陶瓷常用的一种烧结工艺。为了使烧结体具有优异的透光性，必须使烧结体中气孔率尽量降低（直至零）。但在空气中烧结时，很难消除
烧结后期晶粒之间存在的孤立气孔，相反，在真空或氢气中烧结时，气孔内的气体被置换而很快地进行扩散，气孔就易被消除。除了Al2O3透明陶瓷外，MgO、BeO、Y2O3等透明陶瓷均可以采用气氛烧结。
微波烧结是利用在微波电磁场中材料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的新技术。微波烧结的速度快、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。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。
4 透明陶瓷的研究趋势
经过几十年的研究，透明陶瓷已取得了可喜的成果，其材料开发从过去的氧化铝透明陶瓷、氧化镁透明陶瓷、氧化钇透明陶瓷等材料扩展到透明PLZT电光陶瓷、钇铝石榴石透明陶瓷、铝镁酸透明陶瓷、氮化铝透明陶瓷以及氮氧化铝透明陶瓷等材料。这些透明陶瓷的发展拓宽了陶瓷的应用范围，但仍需进行更深入的研究，以进一步完善透明陶瓷的性能。未来透明陶瓷的研究发展有以下几个趋势：
（1）由于透明陶瓷不仅具有透光性，而且具有特种陶瓷自身的属性，随着其应用范围的进一步拓展，人们必然会提出越来越高的性能要求，这就要求我们必须不断的去研究新型的透明陶瓷材料以满足人们的需求。
（2）原有的生产工艺使透明陶瓷的制备受到很大的局限，随着人们对透明陶瓷材料的需求，研究和探索各种新的制备工艺，以扩大透明陶瓷的种类已成为一个重要的课题。
（3）透明陶瓷集透光性与其自身材料的特性于一身的优异性引起了人们极大的兴趣，研究其新的应用领域也就成了一个新兴的课题。从最初的窗口材料到透明薄膜、集成电路基片、高温耐腐蚀材料，透明陶瓷的应用范围在不断的扩大，对其新功能的研究也在不断的发展。
（4）随着人们对透明陶瓷的需求量增加，工业化生产的问题就摆在了我们的面前。现有的实验室制备透明陶瓷的方法已经比较成熟，但如何把科技成果转化为生产力，如何实现工业化生产这个问题还值得我们去进一步研究，寻找一整套稳定的生产工艺以实现投资少而产出高的问题需要我们去解决。
参考文献：
[1] 刘军芳，傅正义，张东明，张金咏，透明陶瓷的研究现状与发展展望[A]，陶瓷学报，第23卷，第4期，2002年12月
[2] 刘军芳，傅正义，张东明，张金咏，透明陶瓷的制备技术及其透光因素的研究[A]，硅酸盐通报，2003年3期
[3] 范恩荣，电瓷避雷针，1998.164（4）:45
[4] 蔺恩惠，李新勇等，西北师范大学学报，1995.131（1):8
[5]江国键，庄汉锐等，无机材料学报，1998.13（4）：568
透明陶瓷
学院：材料科学与工程 班级： 材工09-1 姓名： 鲁成强 学号： 200907031028
