答：1簡介

一般陶瓷是不透明的，但是光學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。如果選用高純原料，并通過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，抗彎強度大于350～380 MPa，擊穿強度為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2萬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、潤滑劑。

其工藝過程為：①將氧化鋁粉末、燒結(jié)劑、塑化劑、潤滑劑按比例配料；②加熱、混合均勻制成熱塑瓷料；③熱塑成形；④脫脂素燒；⑤高溫燒結(jié)。這樣即可制備出形狀復雜、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)進行照射，或者進行熱處理，使玻璃中的結(jié)晶核心活躍起來，彼此聚集在一起，發(fā)育成長，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；然后對坯體進行無壓預燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為1 200～1 350 ℃，時間為0～480 min；將預燒結(jié)后的坯體置入熱等靜壓爐中進行后處理，處理溫度為1 150～1 350 ℃，壓力為140～190 MPa，保溫保壓時間為30～60 min，用氬氣作保護氣，得到的陶瓷體相對密度大于99.9%；最后對燒結(jié)出的陶瓷體進行平面磨制和拋光。制備該材料不加任何添加劑，工藝簡單，采用低溫燒結(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该魈沾蓱迷谠S多現(xiàn)代科學技術(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，一般的抗鈉玻璃和石英玻璃均不能達到，而采用半透明多晶氧化鋁能夠抵抗鈉的腐蝕。

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

透明陶瓷不僅具有優(yōu)異的光學性能，而且耐高溫，熔點通常在2 000 ℃以上。如，氧化釷-氧化釔透明陶瓷的熔點高達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2萬h，是使用壽命最長的高效電光源。高壓鈉燈的工作穩(wěn)定高達1 200 ℃，壓力大、腐蝕性強，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、轟炸機的轟炸瞄準器和高級防護眼鏡等。

透明陶瓷的機械強度和硬度都很高，耐高溫，即使在1 000 ℃的高溫下也不會軟化、變形、析晶，電絕緣性能和化學穩(wěn)定性也很高。光敏型玻璃陶瓷還有一個特性，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。并且它的抗化學腐蝕的性能也很好，可經(jīng)受放射性物質(zhì)的強烈輻射。它不但可以象玻璃那樣透過光線，而且還可以透過波長10 μm以上的紅外線，因此可用來制造立體工業(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，在機械工業(yè)中可以用來制造車床上的高速切削刀、汽輪機葉片、水泵、噴氣發(fā)動機的零件等；在化學工業(yè)中可以用作高溫耐腐蝕材料以代替不銹鋼等；在國防軍事，透明陶瓷又是一種很好的透明防彈材料，還可以做成導彈等飛行器頭部的雷達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)上可以用來制造印刷線路的基板和鏤板；在日用生活中可以用來制作各種器皿，瓶罐，餐具等。

透明氧化鋁陶瓷因具有對可見光和紅外光良好的透過性，同時也具有高溫強度大、耐熱性好、耐腐蝕性強、比體積電阻大等特點，所以廣泛應用于鈉燈管、紅外檢測、高頻絕緣材料等。

與玻璃材料相比，透明陶瓷除具有高強度、高硬度等優(yōu)點，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、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用。

2 研究進展

最近，國內(nèi)某研究所課題組在低對稱體系的氧化鋁透明陶瓷的制備方面取得了重要的進展，并申請發(fā)明專利。從20世紀60年代初，第一塊氧化鋁透明陶瓷問世以來，透明陶瓷取得了令人矚目的進展。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，還具有高熱導率、低電導率、低介電常數(shù)和介電損耗、高強度、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稱性的立方晶系，如CaF2、Y2O3、YAG等，其光學性能可與相應的單晶媲美；而低對稱體系透明陶瓷的研究一直徘徊在較低水平，研究對象局限于氧化鋁，而且光透過率較低。研究人員發(fā)現(xiàn)，六方晶系的氧化鋁在光學上屬于一軸晶非均質(zhì)體，對光線有雙折率現(xiàn)象。當光線穿過任意取向的兩相鄰晶粒時，會發(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，多次反復的雙折射最終導致透過率的下降。這也嚴重阻礙了低對稱體系透明陶瓷的發(fā)展。研究人員提出，當各個晶粒的光軸相互平行排列時，在理論上晶界雙折射可以消除；在強磁場中氧化鋁顆粒的c軸會沿著磁場方向排列，而氧化鋁的c軸就是光軸方向。據(jù)此，研究人員通過磁場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。與晶粒無序排列的半透明氧化鋁陶瓷相比，其光學性能得到了大幅度提高，未來有望替代藍寶石單晶材料用于可見紅外窗口、透明裝甲以及激光介質(zhì)材料。該研究方法還可以拓展應用于其它低對稱體系透明陶瓷的探索研究。

3 發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國已經(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90年代開始生產(chǎn)95%、99%氧化鋁陶瓷，有的廠家已形成年銷售額1 000萬元的規(guī)模。最新從國外引進現(xiàn)代化的生產(chǎn)設備和先進的生產(chǎn)工藝技術(shù)，并兼多年氧化鋁陶瓷生產(chǎn)之經(jīng)驗，傾力向市場推出專門用于高壓鈉燈芯的透明氧化鋁瓷管，目前產(chǎn)品各項技術(shù)指標均達到國際標準，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。