陶瓷變透明 搖身變“明星”

蘇更林

在我們的身邊，陶瓷隨處可見(jiàn)！從普通的茶具到餐具，從陶瓷花瓶到陶瓷火鍋……陶瓷作為泥與火的結(jié)晶，以不透明而著稱于世。不過(guò)，科技的力量竟讓陶瓷變得透明了……這是一個(gè)奇跡，一個(gè)讓陶瓷走進(jìn)現(xiàn)代高科技的新契機(jī)！

陶瓷怎能變“玻璃”

要把不透明的陶瓷變成像玻璃一樣的透明體，有點(diǎn)不可思議。可科學(xué)家又是怎樣讓陶瓷變透明的呢？

要回答這個(gè)問(wèn)題，還得從陶瓷為什么不透明說(shuō)起。一般的陶瓷之所以不透明，主要是因?yàn)槠鋬?nèi)部存在著雜質(zhì)和氣孔等不均勻的顯微結(jié)構(gòu)，如雜質(zhì)能夠吸收光，而氣孔能使光產(chǎn)生散射。

因此，要想讓陶瓷變得透明，就得選用高純度的原材料，并且排除陶瓷里的雜質(zhì)與氣孔。當(dāng)然，還需要添加合適的燒結(jié)添加劑，表面加工也要光潔如鏡……這樣才能生產(chǎn)出像玻璃—樣透明的陶瓷來(lái)。

并不是說(shuō)透明陶瓷對(duì)光線的透過(guò)率就是100%。透明陶瓷作為一種具有一定透光性的多晶材料，其含義通常被認(rèn)為是光線透過(guò)率超過(guò)10%。當(dāng)然，透明陶瓷的透光率會(huì)因不同的應(yīng)用場(chǎng)合而有所不同。

新光源因它而燦爛

透明陶瓷的誕生，為高效光源的實(shí)用化提供了材料支撐。高壓鈉燈是一種高強(qiáng)度氣體放電燈，工作時(shí)能發(fā)出金白色光，具有發(fā)光效率高、光色柔和、透霧性強(qiáng)、耗電少、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

但是，高壓鈉燈的工作溫度高達(dá)1200℃，且壓力大、腐蝕性強(qiáng)，傳統(tǒng)的玻璃燈管難以適用如此苛刻的環(huán)境。透明陶瓷的誕生無(wú)疑為高壓鈉燈走向?qū)嵱没伷搅说缆?。制作高壓鈉燈燈管的氧化鋁透明陶瓷，熔點(diǎn)都在2 000℃以上，透光率在90%以上。

人們還用透明陶瓷制備了金鹵燈、銫燈、銣燈、鉀燈等新型光源。其中，陶瓷金鹵燈是一種比高壓鈉燈更優(yōu)秀的綠色照明光源，可用于替代高壓{內(nèi)燈等光源，大幅度提高照明的質(zhì)量。

為導(dǎo)彈裝上“火眼金睛”

透明陶瓷還被用作新一代光電設(shè)備的紅外窗口材料，在軍事、航天等領(lǐng)域都有應(yīng)用。

在軍事上，透明陶瓷可用作紅外夜視儀、導(dǎo)彈以及激光制導(dǎo)等裝備的紅外窗口材料。這些裝備上的光電系統(tǒng)大多工作在特殊的環(huán)境之中，對(duì)紅外窗口材料的要求極高。

而傳統(tǒng)的紅外窗口材料在高溫下具有強(qiáng)烈的紅外自發(fā)輻射，并且力學(xué)性能也有明顯下降，因此難以滿足復(fù)雜環(huán)境對(duì)紅外窗口材料的要求。

透明陶瓷不僅具有良好的透明性和光學(xué)特性，而且又保持了結(jié)構(gòu)陶瓷的高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫、電絕緣好等品質(zhì)，因此是優(yōu)異的紅外窗口材料。據(jù)悉，響尾蛇導(dǎo)彈的整流罩就是用透紅外陶瓷制作的。

除了用作紅外窗口材料，透明陶瓷還可用于轟炸機(jī)瞄準(zhǔn)器、防彈汽車(chē)窗口、航空航天器窗口以及高溫、高壓及腐蝕環(huán)境下的觀察窗口等。透明陶瓷還可以取代防彈玻璃，并可以明顯降低材料的厚度。

在工業(yè)領(lǐng)域大放異彩

用透明陶瓷制作高級(jí)防護(hù)眼鏡也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。電焊工在作業(yè)時(shí)面臨著電弧光輻射等因素的危害，因此護(hù)目鏡就成為了—種必備的保護(hù)措施。例如，煉鋼工人和參加核試驗(yàn)的人員使用的眼睛防護(hù)用具，也可以用透明陶瓷來(lái)制作。

在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域，利用透明陶瓷高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度和高硬度的特點(diǎn)，可以用其來(lái)制造車(chē)床上的高速切削刀以及汽輪機(jī)口十片、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零件等高端產(chǎn)品;在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域，利用透明陶瓷耐高溫和耐腐蝕的特點(diǎn)，可以用其來(lái)替代不銹鋼等材料;在儀表工業(yè)領(lǐng)域，利用透明陶瓷高硬度的特點(diǎn)，可用其來(lái)替代貴重的寶石材料;在電子工業(yè)領(lǐng)域，利用透明陶瓷優(yōu)異的電絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性等，可用其來(lái)制造印刷線路的基板和鏤板。

神奇的陶瓷閃爍體

陶瓷閃爍體是近年來(lái)透明陶瓷領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，具有不同凡響的科學(xué)意義。有同學(xué)可能要問(wèn)了，什么是閃爍體呢？閃爍體就是一種能把高能射線（×/γ射線）或粒子轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光的能量轉(zhuǎn)換體。

本來(lái)，我們是看不見(jiàn)高能射線的，但借助于由閃爍體組成的閃爍體探測(cè)器，我們就可以看見(jiàn)高能射線了。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，閃爍體就是我們看得見(jiàn)高能射線的“眼睛”。

同學(xué)們也許會(huì)問(wèn)，這與我們的生活有關(guān)系嗎？回答是肯定的。比如，我們?nèi)メt(yī)院做CT檢查，CT的含義就是X射線計(jì)算機(jī)體層成像，通過(guò)對(duì)人體某部位的層面進(jìn)行掃描，由探測(cè)器接收透過(guò)該層面的×射線，并轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)光后通過(guò)數(shù)字信號(hào)顯示出來(lái)。

在這個(gè)過(guò)程中，神奇的閃爍體探測(cè)器發(fā)揮了關(guān)鍵作用?，F(xiàn)在，稀土氧化物透明陶瓷用作閃爍體材料，已成功應(yīng)用于醫(yī)學(xué)X射線掃描影像術(shù)。

在機(jī)場(chǎng)、車(chē)站等進(jìn)行安檢時(shí)，我們不必打開(kāi)行李箱，只要從安檢通道一過(guò)就可進(jìn)行安全檢查了。在這種安全、快捷的檢查方式背后，一個(gè)重要的技術(shù)支撐就是陶瓷閃爍體，是它把X射線掃描的信息給轉(zhuǎn)換成了可見(jiàn)光，進(jìn)而顯示了出來(lái)。

據(jù)悉，該項(xiàng)技術(shù)還被應(yīng)用于工業(yè)CT在線檢測(cè)、油井勘探、反恐應(yīng)用以及高能物理與核物理實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域，成功展示了透明陶瓷在高端技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。