正如視頻報(bào)道中，張教授主要研究從透明電光陶瓷原材料粉體制備、成型、燒結(jié)到性能測(cè)試、微結(jié)構(gòu)研究和應(yīng)用效果演示等，即為光通訊領(lǐng)域核心器件的關(guān)鍵材料。青島大學(xué)地處美國(guó)Union Process青島工廠大本營(yíng)，早在十幾年前建廠初期就已經(jīng)開(kāi)始了密切聯(lián)系與合作，為其提供了廣受各大科研院所和高校好評(píng)的01HDDM（實(shí)驗(yàn)型立式砂磨機(jī)）和1S（干濕兩用立式攪拌磨）等設(shè)備，物理學(xué)院就有2臺(tái)01HDDM做著不同方向的研究。

張教授：光通訊概念很寬泛，人和人之間的交流都是依靠信息的傳輸�，F(xiàn)在手機(jī)的信息傳輸依托于一個(gè)很龐大的光通訊網(wǎng)絡(luò)。目前信息傳輸主流仍是光纖通訊，而十幾二十年前還是電纜。

為何使用光纖呢？第一是因?yàn)楣鈴奈锢斫嵌葋?lái)說(shuō)是傳輸速度最快的。第二是因?yàn)楣饫w帶寬高，同樣一根光纖它所能傳輸?shù)男畔⒘恳�比電纜多幾百萬(wàn)倍甚至上億倍。光纖有速度快、容量大、損耗低的優(yōu)點(diǎn)。所以光通訊是目前最主要的通訊方式，它的發(fā)展速度已經(jīng)超越了電的發(fā)展速度，光通訊的摩爾定律比集成電路的還要短，幾個(gè)月就要翻一倍，國(guó)家正在考慮建設(shè)全光網(wǎng)絡(luò)。

電光材料也就是透明陶瓷，上世紀(jì)八九十年代開(kāi)始應(yīng)用在光學(xué)儀器中，由美國(guó)賓州州立大學(xué)率先制備出來(lái)。國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)受限于制備技術(shù)水平、工藝和儀器設(shè)備，大部分的陶瓷是不透明的，而賓州州立大學(xué)做成的半成品性能還不錯(cuò)，當(dāng)時(shí)已能做到透明。隨著技術(shù)水平的進(jìn)步和儀器設(shè)備的升級(jí)，從2009年開(kāi)始到現(xiàn)在已有十幾年，現(xiàn)在我們也可以做出來(lái)。

透明陶瓷不僅在光通訊領(lǐng)域有所應(yīng)用，還在高性能的電光調(diào)節(jié)器、熵共振、量子光學(xué)器件提供關(guān)鍵材料。還有醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，像醫(yī)院的超聲成像、B超的探頭核心材料都是透明陶瓷。陶瓷的壓電性能，包括超聲聲吶、水下?lián)Q能等，做成透明之后又有了電光性能，既有壓電性能又有光學(xué)性能，它就有了復(fù)合效應(yīng)，也就有了更廣闊的市場(chǎng)。

張教授：透明陶瓷首先從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，它是由粉壓制在一起高溫?zé)�制出�?lái)的，每一個(gè)粉都是一個(gè)顆粒，每?jī)蓚�(gè)顆粒放在一起都有一個(gè)界面，叫做晶體晶界。如果是均一的物體光通過(guò)時(shí)不會(huì)受影響，而光通過(guò)好多個(gè)界面，界面對(duì)光就會(huì)有散射。陶瓷燒制有1%的氣孔，陶瓷都不會(huì)透明，透明陶瓷需要將氣孔降到千分之一甚至萬(wàn)分之一，控制氣孔就是難點(diǎn)之一。

第二是不能有雜質(zhì)，原材料要純，制備過(guò)程不能引入雜質(zhì)。不同組份兩種物象混在一起就會(huì)有一個(gè)像界面，又會(huì)對(duì)光有散射。材料是單折射還是雙折射的晶體，雙折射晶體光通過(guò)后會(huì)分成兩股，透過(guò)率就會(huì)很低。還有晶粒的大小也會(huì)產(chǎn)生影響。所以透明陶瓷的影響因素特別的多，就特別依賴制備技術(shù)和制備設(shè)備。因?yàn)檎麄�(gè)過(guò)程有十幾道工藝，一旦出現(xiàn)問(wèn)題就很容易出現(xiàn)不透明的情況。

在原材料方面，高純度的原材料成本高，99.9%和99.99%純度的原料價(jià)格差很多。在制備環(huán)境方面，因?yàn)槭情_(kāi)放性環(huán)境，空氣中的灰塵落入不可避免，在球磨的過(guò)程中磨球碎屑脫落也不可避免，這就需要進(jìn)行工藝的改進(jìn)。另一個(gè)問(wèn)題是如果做好了，后期要產(chǎn)業(yè)化的時(shí)候，從實(shí)驗(yàn)室小批量生產(chǎn)到中批量再到大批量，工藝的移植又不一樣了。實(shí)驗(yàn)室是小批量的，但是工廠是流水線式的，要求這邊進(jìn)料那邊出料，怎么樣能保證產(chǎn)出是一樣的，需要重新去嘗試，都需要去探索。

張教授：陶瓷材料制備一般三大步，第一步做粉：氧化鎂、氧化鉛、氧化鈦等原料，用立式攪拌磨球磨混勻，在此過(guò)程中將它打碎，再進(jìn)行高溫?zé)�制得到需要的物象。第二步壓片：用壓片機(jī)壓成小片。第三步燒結(jié)：燒結(jié)工藝十分講究，燒結(jié)之后需要進(jìn)行切割、測(cè)性能、做機(jī)驗(yàn)等。

粉體制備常規(guī)工藝試過(guò)化學(xué)法，如固相反應(yīng)、水熱反應(yīng)等，化學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)是粉體比較細(xì)，但粉體容易團(tuán)聚，產(chǎn)量也是一個(gè)問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)室采用傳統(tǒng)球磨方式，球磨又分行星球磨和立式攪拌球磨。立式攪拌球磨優(yōu)點(diǎn)是能量輸入高、速度快、出料粒徑小等。節(jié)省了實(shí)驗(yàn)周期，行星球磨一般需要一天，而立式攪拌球磨只需要一個(gè)小時(shí)，且轉(zhuǎn)速高，粉體粒徑即可達(dá)到要求，縮短整個(gè)周期，均勻性亦有保證。

雖然陶瓷最后是燒結(jié)出來(lái)的，但是第一步做不好，后面都做不好。在這三大步里，每一個(gè)步驟都包含十幾個(gè)細(xì)節(jié)，每一個(gè)細(xì)節(jié)都會(huì)影響陶瓷是否透明。因此需要從粉體制備開(kāi)始一直跟蹤，從形貌、粒度、分布等方面嚴(yán)格要求。粉體需要一個(gè)適合的粒徑范圍，太大和太小都不好。一般做粉體的公司都會(huì)對(duì)粉體的形貌進(jìn)行控制，球磨容易將粉體形貌打壞。我們粉體制備使用的是美國(guó)Union Process品牌立式攪拌磨，2013年使用的第一臺(tái)，8年了效果還是非常的好，設(shè)備穩(wěn)定，重復(fù)性和可靠性比較高，我們一直在用。

張教授：干法制備過(guò)程中會(huì)有粉塵的溢出，而陶瓷材料中有鉛的成分，吸入之后對(duì)人體是有害的，所以并沒(méi)有進(jìn)行干法工藝探索。

如果干法可行將解決我們很大一部分問(wèn)題。目前濕法研磨后我們需要進(jìn)行沖洗球料分離，然后進(jìn)行烘干，但是烘干過(guò)程有個(gè)問(wèn)題，由于原料密度不同，在沉降過(guò)程中沉降的速度有快有慢，沉降之后原料又不均勻，如果干法能夠成功。我們的工藝能更簡(jiǎn)化。美國(guó)UnionProcess立式攪拌磨可以干濕兩用，之后我們可以共同研究開(kāi)發(fā)不同粉體制備的干法工藝，目前國(guó)內(nèi)干法工藝還有很大進(jìn)步空間。

以上是關(guān)于透明陶瓷材料、行業(yè)和設(shè)備以及工藝探討的主要幾個(gè)問(wèn)題和回答摘要，在交流的整個(gè)過(guò)程中，深刻體會(huì)到張教授潛心研究的那份執(zhí)著與熱愛(ài)，每每談到材料基礎(chǔ)研究時(shí)，是能看到眼里發(fā)的光，正是這從內(nèi)心發(fā)出的光，照亮新材料發(fā)展前進(jìn)的道路，美國(guó)UnionProcess青島工廠——青島聯(lián)瑞精密機(jī)械有限公司邀請(qǐng)青島、山東乃至全國(guó)各地的材料專家蒞臨指導(dǎo)，共同探索。