问：什么是透明陶瓷？其性能如何？制备方法有哪些？等*

答：1简介

一般陶瓷是不透明的，但是光学陶瓷或钠灯灯管等制品像玻璃一样透明，故称透明陶瓷。一般陶瓷不透明的原因是其内部存在杂质和气孔，前者能吸收光，后者令光产生散射，所以就变得不透明。如果选用高纯原料，并通过一定的工艺方法排除气孔就可能获得透明陶瓷。早期就是采用此方法得到透明的氧化铝陶瓷，后来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。

2 性能

透明氧化铝陶瓷或透明多晶氧化铝陶瓷，其主晶相为α-A12O3，密度在3.98 g/cm3以上，直线透光率为90%～95%，介电常数大于9.8，介电损耗角正切值小于2.5×10-4，抗弯强度大于350～380 MPa，击穿强度为6.0～6.4 kV/mm，热膨胀系数为(6.5～8.5)×10-6/℃，在高温下具有良好耐碱金属蒸气腐蚀性能。所使用的原料为纯度99.99%以上的Al2O3，添加少量纯氧化镁、三氧化二镧、或三氧化二钇等添加剂，采用连续等静压成形，气氛烧结或热压烧结，严格控制晶粒大小，可获得高致密透明陶瓷，可作为制造高压钠灯的发光管(工作寿命可超过2万h)，也可用作微波集成电路基片、轴承材料、耐磨表面材料和红外光学元件材料等。

3 制备方法

3.1 透明氧化铝陶瓷制品

制备透明氧化铝陶瓷制品使用的材料有：氧化铝、烧结剂、塑化剂、润滑剂。

其工艺过程为：①将氧化铝粉末、烧结剂、塑化剂、润滑剂按比例配料；②加热、混合均匀制成热塑瓷料；③热塑成形；④脱脂素烧；⑤高温烧结。这样即可制备出形状复杂、尺寸精确、致密透光的高密度多晶透明氧化铝陶瓷制品和彩色透明氧化铝陶瓷制品。透明陶瓷的制备在玻璃原料中加入一些微量的金属或者化合物(如金、银、铜、铂、二氧化钛等)作为结晶的核心，经玻璃熔炼、成形后，再用短波射线(如紫外线、X射线等)进行照射，或者进行热处理，使玻璃中的结晶核心活跃起来，彼此聚集在一起，发育成长，形成许多微小的结晶，这样就制备出了玻璃陶瓷。采用短波射线照射产生结晶的玻璃陶瓷，称为光敏型玻璃陶瓷；用热处理办法产生结晶的玻璃陶瓷，称为热敏型玻璃陶瓷。

3.2 亚微米高纯透明氧化铝陶瓷材料

制备亚微米高纯透明氧化铝陶瓷材料的方法，属于透明氧化铝陶瓷材料制备技术领域。其工艺方法为：采用干压加冷等静压成形工艺将α-Al2O3粉末压制成形；然后对坯体进行无压预烧结，其烧结温度为1 200～1 350 ℃，时间为0～480 min；将预烧结后的坯体置入热等静压炉中进行后处理，处理温度为1 150～1 350 ℃，压力为140～190 MPa，保温保压时间为30～60 min，用氩气作保护气，得到的陶瓷体相对密度大于99.9%；最后对烧结出的陶瓷体进行平面磨制和抛光。制备该材料不加任何添加剂，工艺简单，采用低温烧结，能耗低，尤其是晶粒尺寸小于1 μm，故称为亚微米氧化铝陶瓷。它具有较高的透光度和机械性能，适用于制造高压钠灯管、高温炉观察窗以及用作装饰材料等。总之，透明陶瓷应用在许多现代科学技术领域和日常生活中，品种繁多，用途广泛。由于高温高压的钠蒸气腐蚀性极强，一般的抗钠玻璃和石英玻璃均不能达到，而采用半透明多晶氧化铝能够抵抗钠的腐蚀。

问：透明陶瓷的应用领域有哪些？其研究进展和发展现状如何？答：1应用范围

透明陶瓷不仅具有优异的光学性能，而且耐高温，熔点通常在2 000 ℃以上。如，氧化钍-氧化钇透明陶瓷的熔点高达3 100 ℃，比普通硼酸盐玻璃高1 500 ℃。透明陶瓷的重要用途是制造高压钠灯，它的发光效率比高压汞灯提高一倍，使用寿命达2万h，是使用寿命最长的高效电光源。高压钠灯的工作稳定高达1 200 ℃，压力大、腐蚀性强，选用氧化铝透明陶瓷为材料成功地制造出高压钠灯。透明陶瓷的透明度、强度和硬度都高于普通玻璃，它们耐磨损、耐划伤，例如用透明陶瓷可以制造防弹汽车的窗、坦克的观察窗、轰炸机的轰炸瞄准器和高级防护眼镜等。

透明陶瓷的机械强度和硬度都很高，耐高温，即使在1 000 ℃的高温下也不会软化、变形、析晶，电绝缘性能和化学稳定性也很高。光敏型玻璃陶瓷还有一个特性，就是它能象照相底片一样感光，由于这种透明陶瓷有这样的感光性能，故又称它为感光玻璃。并且它的抗化学腐蚀的性能也很好，可经受放射性物质的强烈辐射。它不但可以象玻璃那样透过光线，而且还可以透过波长10 μm以上的红外线，因此可用来制造立体工业电视的观察镜、防核爆炸闪光危害的眼镜、新型光源高压钠灯的放电管。

透明陶瓷的用途十分广泛，在机械工业中可以用来制造车床上的高速切削刀、汽轮机叶片、水泵、喷气发动机的零件等；在化学工业中可以用作高温耐腐蚀材料以代替不锈钢等；在国防军事，透明陶瓷又是一种很好的透明防弹材料，还可以做成导弹等飞行器头部的雷达天线罩和红外线整流罩等；在仪表工业上可用作高硬度材料以代替宝石；在电子工业上可以用来制造印刷线路的基板和镂板；在日用生活中可以用来制作各种器皿，瓶罐，餐具等。

透明氧化铝陶瓷因具有对可见光和红外光良好的透过性，同时也具有高温强度大、耐热性好、耐腐蚀性强、比体积电阻大等特点，所以广泛应用于钠灯管、红外检测、高频绝缘材料等。

与玻璃材料相比，透明陶瓷除具有高强度、高硬度等优点，还具有更高的韧性，更好的抗表面损坏性能；与单晶相比，又具有更低的制备温度和更短的生产周期，而且在尺寸和结构上更容易控制。因此，透明陶瓷逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、电子技术及高温技术、航空航天等领域得到日益广泛的应用。

2 研究进展

最近，国内某研究所课题组在低对称体系的氧化铝透明陶瓷的制备方面取得了重要的进展，并申请发明专利。从20世纪60年代初，第一块氧化铝透明陶瓷问世以来，透明陶瓷取得了令人瞩目的进展。透明陶瓷作为一种新兴材料除了本身具有宽范围的透光性外，还具有高热导率、低电导率、低介电常数和介电损耗、高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀性好等一系列优异的综合性能。然而迄今为止，高质量的透明陶瓷仅局限于高对称性的立方晶系，如CaF2、Y2O3、YAG等，其光学性能可与相应的单晶媲美；而低对称体系透明陶瓷的研究一直徘徊在较低水平，研究对象局限于氧化铝，而且光透过率较低。研究人员发现，六方晶系的氧化铝在光学上属于一轴晶非均质体，对光线有双折率现象。当光线穿过任意取向的两相邻晶粒时，会发生晶界双折射；多晶陶瓷存在着成百上千任意取向的晶粒，多次反复的双折射最终导致透过率的下降。这也严重阻碍了低对称体系透明陶瓷的发展。研究人员提出，当各个晶粒的光轴相互平行排列时，在理论上晶界双折射可以消除；在强磁场中氧化铝颗粒的c轴会沿着磁场方向排列，而氧化铝的c轴就是光轴方向。据此，研究人员通过磁场辅助的注浆成形方法，制备出氧化铝颗粒具有取向性排列的陶瓷坯体，然后经过氢气氛烧结得到光轴相互平行的透明多晶氧化铝陶瓷。与晶粒无序排列的半透明氧化铝陶瓷相比，其光学性能得到了大幅度提高，未来有望替代蓝宝石单晶材料用于可见红外窗口、透明装甲以及激光介质材料。该研究方法还可以拓展应用于其它低对称体系透明陶瓷的探索研究。

3 发展现状

目前，我国已经出现多家专业生产高纯氧化铝陶瓷制品的厂家，自20世纪90年代开始生产95%、99%氧化铝陶瓷，有的厂家已形成年销售额1 000万元的规模。最新从国外引进现代化的生产设备和先进的生产工艺技术，并兼多年氧化铝陶瓷生产之经验，倾力向市场推出专门用于高压钠灯芯的透明氧化铝瓷管，目前产品各项技术指标均达到国际标准，其中透光率在95%以上，规格有100 W、150 W、250 W、400 W等多种型号。