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陶瓷材料|一文看懂透明陶瓷

作者:火博游戏    更新时间:2020-07-05 17:12

  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纤产生折射和散射作用,使得光线年通用电气公司首次提出了一些陶瓷具有可透光性,随后1962年le首次制备了半透明的Al2O3陶瓷证实了这一点,同时也为陶瓷材料开辟了新的应用领域。

  透明陶瓷不仅有良好的透明性和光学特性,同时又保持结构陶瓷的高强度、耐腐蚀、耐高温、电绝缘好、热导率高及良好的介电性能,因此在新型照明技术、高温高压及腐蚀环境下的观测窗口、红外探测用窗、导弹用防护整流罩、军事用透明装甲等领域得到愈来愈多的应用。

  此外,与单晶相比,透明陶瓷制造成本低、易于大批量生产,可以制成尺寸较大、形状复杂的制品;而与玻璃相比,透明陶瓷具有强度和硬度高、光学透过范围大、导热性好、耐腐蚀、可以实现活性离子的高浓度均匀掺杂等特点,所以对于许多特殊要求的光学零部件及激光材料,透明陶瓷具有无可比拟的优势。

  透明氧化铝陶瓷最早是由美国GE公司的Coble博士发明的,其商品名称为LucaloxTM,0.75mm厚的Lucalox薄片于可见光谱区的总透光率达90%。

  氧化镁透明陶瓷属立方晶系,晶格常数为0.42nm,折射率为1.736,光学性能具有各向同性,其透光性比Al2O3陶瓷好,加之其熔点高达2800℃和耐碱性好,可用于制作高温炉窗口,红外探测器罩和高耐碱性的坩埚与反应容器等。

  MgO高温缺氧气氛下易蒸发或升华损失。因此,透明MgO陶瓷制备常采用热压烧结或热等静压烧结。此外,在MgO粉料中添加少量的LiF、NaF等烧结助剂,以便形成液相促进致密化烧结而成为透明体。

  20世界60年代报道了采用热压烧结制备Y2O3透明陶瓷,热压烧结可不使用添加剂,也可使用LiF作为添加剂。在线透明陶瓷。

  镁铝尖晶石(MgAl2O4)属于立方晶系,具有光学各向同性的特性,因此这种材料可以具有比六方晶系Al2O3更高的透明度;对于可见光、紫外光和红外光均具有良好的透过率。

  自80年代中期,人们开始重点关注和研究钇铝石榴石(YAG)掺Nd3+、Yb3+、Ln3+、Er3+、Tm3+等稀土离子的激光透明陶瓷材料与器件。•1990年SekitaM(SekitaM. ,1990)采用均相共沉淀法,以尿素作为沉淀剂制备出Nd3+:YAG粉末,用冷等静压成型和真空烧结工艺制得不同掺Nd3+量的YAG陶瓷。1995年,日本科学家I Kesue等(I KesueA,1995)在透明激光陶瓷这一领域取得重要突破。

  氮化铝透明陶瓷不仅具有AlN陶瓷自身的优点,如高热导率、低介电 常数、高绝缘性等,而且还具有良好透明性,使其在红外导流罩以及窗口材料等领域有着广泛的应用前景。

  为了达到高致密度一般需加入稀土金属氧化物或碱土金属氧化物作为烧结助剂,通过产生少量液相促进烧结,常用的有效的添加剂有CaO,Ca3Al2O6,CaF2,Y2O3,La2O3、CaC2、 Ca(NO3)2或3CaO·2A12O3等。此外,起始AlN粉料必须具备高纯度,尤其是Si、Mg、Fe的杂质含量均应低于200ppm,且氧含量要严格控制。

  近10年来,Mandal(H.Mandal, 1999)制备出具有等轴晶粒,厚度为1mm的α-SiAlON透明陶瓷试样,为了改善α-SiAlON透明陶瓷的力学性能,提高材料的断裂韧性和抗弯强度,(α+β)-SiAlON透明陶瓷近几年也得到重视。

  AlON透明陶瓷具有良好的光学性能、介电性能、和化学性能;同时还具有较高的抗弯强度(380MPa)和高硬度(1950kg/mm2)。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。如用于气体灯管、雷达天线罩、耐高温红外传感器窗口材料、坦克装甲车的观察窗、武装直升飞机的透明装甲等多个方面。

  透明陶瓷材料不仅具有较好的透明性、耐腐蚀性,能在高温高压下工作,而且还有许多其他材料无可比拟的性能,如强度高、介电性能优良、电导率低、热导性好等。因此,透明陶瓷材料在国民生活的各个领域应用广泛。

  透明陶瓷具有透光性、耐高温性能,可以制作成电焊面罩以及核试验中的人体保护罩。这种面罩,也在飞行员中得到广泛的作用。

  在国防军事上,透明陶瓷又是一种很好的透明防弹材料,还具有红外性能,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。

  钇铝石榴石化学式Y3Al5O12(YAG),是一种优良的激光基质,主要应用于医学和高能物理领域,是唯一能在常温下连续工作、且有较大功率的激光器。但是提高透明性和光输出率仍是研究的关键技术问题。

  透明陶瓷最早是使用在灯具上。人们利用透明陶瓷的高温耐腐蚀性,制备了高压钠灯、铯灯、铷灯、钾灯等。

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