問(wèn)：什么是透明陶瓷？其性能如何？制備方法有哪些？等*

答：1簡(jiǎn)介

一般陶瓷是不透明的，但是光學(xué)陶瓷或鈉燈燈管等制品像玻璃一樣透明，故稱透明陶瓷。一般陶瓷不透明的原因是其內(nèi)部存在雜質(zhì)和氣孔，前者能吸收光，后者令光產(chǎn)生散射，所以就變得不透明。如果選用高純?cè)希⑼ㄟ^(guò)一定的工藝方法排除氣孔就可能獲得透明陶瓷。早期就是采用此方法得到透明的氧化鋁陶瓷，后來(lái)研究出如燒結(jié)白剛玉、氧化鎂、氧化鈹、氧化釔、氧化釔-二氧化鋯等多種氧化物系列透明陶瓷。近期又研制出非氧化物透明陶瓷，如砷化鎵、硫化鋅、硒化鋅、氟化鎂、氟化鈣等。

2 性能

透明氧化鋁陶瓷或透明多晶氧化鋁陶瓷，其主晶相為α-A12O3，密度在3.98 g/cm3以上，直線透光率為90%～95%，介電常數(shù)大于9.8，介電損耗角正切值小于2.5×10-4，抗彎強(qiáng)度大于350～380 MPa，擊穿強(qiáng)度為6.0～6.4 kV/mm，熱膨脹系數(shù)為(6.5～8.5)×10-6/℃，在高溫下具有良好耐堿金屬蒸氣腐蝕性能。所使用的原料為純度99.99%以上的Al2O3，添加少量純氧化鎂、三氧化二鑭、或三氧化二釔等添加劑，采用連續(xù)等靜壓成形，氣氛燒結(jié)或熱壓燒結(jié)，嚴(yán)格控制晶粒大小，可獲得高致密透明陶瓷，可作為制造高壓鈉燈的發(fā)光管(工作壽命可超過(guò)2萬(wàn)h)，也可用作微波集成電路基片、軸承材料、耐磨表面材料和紅外光學(xué)元件材料等。

3 制備方法

3.1 透明氧化鋁陶瓷制品

制備透明氧化鋁陶瓷制品使用的材料有：氧化鋁、燒結(jié)劑、塑化劑、潤(rùn)滑劑。

其工藝過(guò)程為：①將氧化鋁粉末、燒結(jié)劑、塑化劑、潤(rùn)滑劑按比例配料；②加熱、混合均勻制成熱塑瓷料；③熱塑成形；④脫脂素?zé)虎莞邷責(zé)Y(jié)。這樣即可制備出形狀復(fù)雜、尺寸精確、致密透光的高密度多晶透明氧化鋁陶瓷制品和彩色透明氧化鋁陶瓷制品。透明陶瓷的制備在玻璃原料中加入一些微量的金屬或者化合物(如金、銀、銅、鉑、二氧化鈦等)作為結(jié)晶的核心，經(jīng)玻璃熔煉、成形后，再用短波射線(如紫外線、X射線等)進(jìn)行照射，或者進(jìn)行熱處理，使玻璃中的結(jié)晶核心活躍起來(lái)，彼此聚集在一起，發(fā)育成長(zhǎng)，形成許多微小的結(jié)晶，這樣就制備出了玻璃陶瓷。采用短波射線照射產(chǎn)生結(jié)晶的玻璃陶瓷，稱為光敏型玻璃陶瓷；用熱處理辦法產(chǎn)生結(jié)晶的玻璃陶瓷，稱為熱敏型玻璃陶瓷。

3.2 亞微米高純透明氧化鋁陶瓷材料

制備亞微米高純透明氧化鋁陶瓷材料的方法，屬于透明氧化鋁陶瓷材料制備技術(shù)領(lǐng)域。其工藝方法為：采用干壓加冷等靜壓成形工藝將α-Al2O3粉末壓制成形；然后對(duì)坯體進(jìn)行無(wú)壓預(yù)燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為1 200～1 350 ℃，時(shí)間為0～480 min；將預(yù)燒結(jié)后的坯體置入熱等靜壓爐中進(jìn)行后處理，處理溫度為1 150～1 350 ℃，壓力為140～190 MPa，保溫保壓時(shí)間為30～60 min，用氬氣作保護(hù)氣，得到的陶瓷體相對(duì)密度大于99.9%；最后對(duì)燒結(jié)出的陶瓷體進(jìn)行平面磨制和拋光。制備該材料不加任何添加劑，工藝簡(jiǎn)單，采用低溫?zé)Y(jié)，能耗低，尤其是晶粒尺寸小于1 μm，故稱為亞微米氧化鋁陶瓷。它具有較高的透光度和機(jī)械性能，適用于制造高壓鈉燈管、高溫爐觀察窗以及用作裝飾材料等?？傊?，透明陶瓷應(yīng)用在許多現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和日常生活中，品種繁多，用途廣泛。由于高溫高壓的鈉蒸氣腐蝕性極強(qiáng)，一般的抗鈉玻璃和石英玻璃均不能達(dá)到，而采用半透明多晶氧化鋁能夠抵抗鈉的腐蝕。

問(wèn)：透明陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？其研究進(jìn)展和發(fā)展現(xiàn)狀如何？答：1應(yīng)用范圍

透明陶瓷不僅具有優(yōu)異的光學(xué)性能，而且耐高溫，熔點(diǎn)通常在2 000 ℃以上。如，氧化釷-氧化釔透明陶瓷的熔點(diǎn)高達(dá)3 100 ℃，比普通硼酸鹽玻璃高1 500 ℃。透明陶瓷的重要用途是制造高壓鈉燈，它的發(fā)光效率比高壓汞燈提高一倍，使用壽命達(dá)2萬(wàn)h，是使用壽命最長(zhǎng)的高效電光源。高壓鈉燈的工作穩(wěn)定高達(dá)1 200 ℃，壓力大、腐蝕性強(qiáng)，選用氧化鋁透明陶瓷為材料成功地制造出高壓鈉燈。透明陶瓷的透明度、強(qiáng)度和硬度都高于普通玻璃，它們耐磨損、耐劃傷，例如用透明陶瓷可以制造防彈汽車的窗、坦克的觀察窗、轟炸機(jī)的轟炸瞄準(zhǔn)器和高級(jí)防護(hù)眼鏡等。

透明陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度和硬度都很高，耐高溫，即使在1 000 ℃的高溫下也不會(huì)軟化、變形、析晶，電絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性也很高。光敏型玻璃陶瓷還有一個(gè)特性，就是它能象照相底片一樣感光，由于這種透明陶瓷有這樣的感光性能，故又稱它為感光玻璃。并且它的抗化學(xué)腐蝕的性能也很好，可經(jīng)受放射性物質(zhì)的強(qiáng)烈輻射。它不但可以象玻璃那樣透過(guò)光線，而且還可以透過(guò)波長(zhǎng)10 μm以上的紅外線，因此可用來(lái)制造立體工業(yè)電視的觀察鏡、防核爆炸閃光危害的眼鏡、新型光源高壓鈉燈的放電管。

透明陶瓷的用途十分廣泛，在機(jī)械工業(yè)中可以用來(lái)制造車床上的高速切削刀、汽輪機(jī)葉片、水泵、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的零件等；在化學(xué)工業(yè)中可以用作高溫耐腐蝕材料以代替不銹鋼等；在國(guó)防軍事，透明陶瓷又是一種很好的透明防彈材料，還可以做成導(dǎo)彈等飛行器頭部的雷達(dá)天線罩和紅外線整流罩等；在儀表工業(yè)上可用作高硬度材料以代替寶石；在電子工業(yè)上可以用來(lái)制造印刷線路的基板和鏤板；在日用生活中可以用來(lái)制作各種器皿，瓶罐，餐具等。

透明氧化鋁陶瓷因具有對(duì)可見(jiàn)光和紅外光良好的透過(guò)性，同時(shí)也具有高溫強(qiáng)度大、耐熱性好、耐腐蝕性強(qiáng)、比體積電阻大等特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于鈉燈管、紅外檢測(cè)、高頻絕緣材料等。

與玻璃材料相比，透明陶瓷除具有高強(qiáng)度、高硬度等優(yōu)點(diǎn)，還具有更高的韌性，更好的抗表面損壞性能；與單晶相比，又具有更低的制備溫度和更短的生產(chǎn)周期，而且在尺寸和結(jié)構(gòu)上更容易控制。因此，透明陶瓷逐漸在照明技術(shù)、光學(xué)、特種儀器制造、電子技術(shù)及高溫技術(shù)、航空航天等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。

2 研究進(jìn)展

最近，國(guó)內(nèi)某研究所課題組在低對(duì)稱體系的氧化鋁透明陶瓷的制備方面取得了重要的進(jìn)展，并申請(qǐng)發(fā)明專利。從20世紀(jì)60年代初，第一塊氧化鋁透明陶瓷問(wèn)世以來(lái)，透明陶瓷取得了令人矚目的進(jìn)展。透明陶瓷作為一種新興材料除了本身具有寬范圍的透光性外，還具有高熱導(dǎo)率、低電導(dǎo)率、低介電常數(shù)和介電損耗、高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕性好等一系列優(yōu)異的綜合性能。然而迄今為止，高質(zhì)量的透明陶瓷僅局限于高對(duì)稱性的立方晶系，如CaF2、Y2O3、YAG等，其光學(xué)性能可與相應(yīng)的單晶媲美；而低對(duì)稱體系透明陶瓷的研究一直徘徊在較低水平，研究對(duì)象局限于氧化鋁，而且光透過(guò)率較低。研究人員發(fā)現(xiàn)，六方晶系的氧化鋁在光學(xué)上屬于一軸晶非均質(zhì)體，對(duì)光線有雙折率現(xiàn)象。當(dāng)光線穿過(guò)任意取向的兩相鄰晶粒時(shí)，會(huì)發(fā)生晶界雙折射；多晶陶瓷存在著成百上千任意取向的晶粒，多次反復(fù)的雙折射最終導(dǎo)致透過(guò)率的下降。這也嚴(yán)重阻礙了低對(duì)稱體系透明陶瓷的發(fā)展。研究人員提出，當(dāng)各個(gè)晶粒的光軸相互平行排列時(shí)，在理論上晶界雙折射可以消除；在強(qiáng)磁場(chǎng)中氧化鋁顆粒的c軸會(huì)沿著磁場(chǎng)方向排列，而氧化鋁的c軸就是光軸方向。據(jù)此，研究人員通過(guò)磁場(chǎng)輔助的注漿成形方法，制備出氧化鋁顆粒具有取向性排列的陶瓷坯體，然后經(jīng)過(guò)氫氣氛燒結(jié)得到光軸相互平行的透明多晶氧化鋁陶瓷。與晶粒無(wú)序排列的半透明氧化鋁陶瓷相比，其光學(xué)性能得到了大幅度提高，未來(lái)有望替代藍(lán)寶石單晶材料用于可見(jiàn)紅外窗口、透明裝甲以及激光介質(zhì)材料。該研究方法還可以拓展應(yīng)用于其它低對(duì)稱體系透明陶瓷的探索研究。

3 發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國(guó)已經(jīng)出現(xiàn)多家專業(yè)生產(chǎn)高純氧化鋁陶瓷制品的廠家，自20世紀(jì)90年代開(kāi)始生產(chǎn)95%、99%氧化鋁陶瓷，有的廠家已形成年銷售額1 000萬(wàn)元的規(guī)模。最新從國(guó)外引進(jìn)現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝技術(shù)，并兼多年氧化鋁陶瓷生產(chǎn)之經(jīng)驗(yàn)，傾力向市場(chǎng)推出專門用于高壓鈉燈芯的透明氧化鋁瓷管，目前產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其中透光率在95%以上，規(guī)格有100 W、150 W、250 W、400 W等多種型號(hào)。