中國粉體網(wǎng)訊  透明陶瓷作為一種重要的無機非金屬材料，具有熔點高，化學(xué)穩(wěn)定性良好和機械強度高等優(yōu)點，在許多領(lǐng)域具有特殊的用途。1959年，美國GE的陶瓷學(xué)家R.L.coble研制出一種不僅具有良好的透光性，而且在力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)諸多方面具有優(yōu)越性能的半透明氧化鋁陶瓷，從此掀開了透明陶瓷研究的序幕。

以此為開端，科研人員先后研制了MgO、Y2O3、ZrO2、ThO2、BeO、CaO等氧化物的透明陶瓷，此后又出現(xiàn)了MgAl2O4和YA等復(fù)合氧化物的透明陶瓷及ZnS、CdTe、AlN非氧化物的透明陶瓷。

透明陶瓷的發(fā)明，是陶瓷領(lǐng)域的一個重大突破，它極大的推動了陶瓷燒結(jié)理論的發(fā)展，打破了“陶瓷不透明”的傳統(tǒng)觀念。

那么，如何才能把陶瓷做的光滑透亮呢？我們首先要搞懂普通陶瓷為什么不透明！

其它陶瓷為什么會不透明

其實，其他的陶瓷之所以不透明，肯定是因為光不能穿透陶瓷，那光去哪了呢？我們看一下以下幾個關(guān)鍵詞。

1、氣孔

普通陶瓷體內(nèi)存在很多微氣孔，這些微氣孔會對光線產(chǎn)生很強的折射和反射，導(dǎo)致光被分散到各個方向，使光線無法穿透陶瓷。

2、雜質(zhì)

陶瓷中的第二相雜質(zhì)與陶瓷本體材料的光學(xué)性能差異巨大，往往會造成散射和吸收中心，大大降低了陶瓷的透光性。

3、晶界結(jié)構(gòu)

普通陶瓷材料的構(gòu)成不是單相，而是多相組成結(jié)構(gòu)。那么光就會在這些不同晶相界面上發(fā)生散射。而透明陶瓷是單相的，它的晶界模糊不清，晶界與晶體本身的光學(xué)性質(zhì)相差不大，所以并不會造成光的散射。

4、晶體結(jié)構(gòu)

對不透明陶瓷而言，一般是選用對光各向異性的晶系材料制備而成，在各向異性的晶體中，光從一個晶粒向鄰近的晶粒入射時，由于雙折射現(xiàn)象會產(chǎn)生散射，造成不透光性。

5、表面光潔度

陶瓷的透光性還受到表面光潔度的制約，不透明陶瓷表面粗糙，對光的散射嚴重。因此，要想提高陶瓷的透光性，除了要降低原料的粒度外，還應(yīng)該對其進行表面研磨和拋光。

如何提高透明度？

既然知道了病因，只管對癥下藥便是。要想提高陶瓷的透明度，無非從以下幾個方面入手：

1、提高致密度，消除內(nèi)部氣孔。

2、盡量避免晶界上出現(xiàn)空隙，即便有空隙，其大小也應(yīng)遠遠小于波長。

3、保證物料的高純度，不能出現(xiàn)雜質(zhì)或玻璃相。

4、晶粒小而均勻，氣孔率低。

5、晶體對入射光的選擇吸收很小。

6、各向同性，晶體結(jié)構(gòu)最好是立方晶系。

7、提高表面光潔度。

具體應(yīng)該如何做呢？

1、提高原料純度

原料的純度是影響透明度諸多因素中的主要因素之一，原料中雜質(zhì)容易生成異相，形成光的散射中心，減弱透射光的在入射方向的強度，降低陶瓷的透過率，甚至失透。

2、降低原料粒度，控制粒徑分布的均勻性

當原料的粒度很小，處于高度分散，燒結(jié)時微細顆粒可縮短氣孔擴散的路程，顆粒越細，氣孔擴散到晶界的路程就越短，容易排除氣孔和改善原料的燒結(jié)性能，使透明陶瓷結(jié)構(gòu)均勻，透過率高。

如果粉體顆粒分布不均勻，出現(xiàn)團聚或者少量粉體的顆粒粒徑過大，容易在燒結(jié)過程中成為晶體的聚合中心，容易形成異常尺寸晶粒。在高溫燒結(jié)過程中，個別晶粒生長過快，容易形成晶體的不均勻分布，甚至出現(xiàn)晶粒包裹氣孔，影響材料的機械性能和光學(xué)性能。

3、添加燒結(jié)助劑

為了獲得透明陶瓷，有時需加入MgO、Y2O3、La2O3、ZrO2等添加劑，可以抑制晶粒生長。添加劑的用量一般很少，所以要求添加劑能均勻分布于材料中，另外，添加劑還應(yīng)能完全溶于主晶相，不生成第二相物質(zhì)，也就是說，不破壞系統(tǒng)的單相性。

4、優(yōu)化燒結(jié)工藝

燒成制度影響陶瓷材料的透明度，一般的陶瓷燒結(jié)溫度更高才能排除氣孔，達到透明化燒結(jié)。燒結(jié)透明陶瓷時，要根據(jù)燒結(jié)材料的性能和坯體的性能及大小來確定最高燒結(jié)溫度。燒結(jié)透明陶瓷時，必須控制升溫速度，確保整個坯體均勻加熱，控制晶體生長速度和晶粒尺寸，并達到消除氣孔的目的。保溫時間的選擇可依照晶粒的大小和氣孔有無而定，冷卻制度的確定應(yīng)以陶瓷無變形且無內(nèi)應(yīng)力為準。

5、提高表面光潔度

透明陶瓷的透過率受表面光潔度的制約。光線入射到粗糙表面上會發(fā)生漫反射。燒結(jié)陶瓷的粗糙度越大，其透過率就越低。所以，還應(yīng)對陶瓷表面進行研磨和拋光，經(jīng)研磨后的陶瓷的透過率一般可從40%～45%增加到50%～60%以上，拋光后可能達到80%以上。

參考資料：

[1]吉亞明等.透明陶瓷材料現(xiàn)狀與發(fā)展.無機材料學(xué)報

[2]李湘洲.透明陶瓷的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.長春理工大學(xué)

[3]盧斌.透明陶瓷研究現(xiàn)狀及展望.材料導(dǎo)報

[4]李清濤.透明多晶氧化鋁陶瓷透光性的影響因素

[5]李長青等.影響透明陶瓷透光性能的因素

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除