氧化鋁透明陶瓷資料是個(gè)實(shí)現(xiàn)透明的陶瓷資料。它存在耐高溫、耐腐化、高強(qiáng)度、高硬度、化學(xué)牢固性跟生物相容性等結(jié)構(gòu)陶瓷所固有的屬性，同時(shí)具備透光這一功能屬性，已經(jīng)在能源、機(jī)械、軍工、電子、半導(dǎo)體、醫(yī)學(xué)等高技巧范疇得到越來(lái)越多的利用。

圖1 (a)透明氧化鋁托槽 (b)透明氧化鋁裝甲

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　　1. 氧化鋁透明陶瓷及其制備技巧

自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)通用公司發(fā)明了個(gè)氧化鋁透明陶瓷以來(lái)，在半個(gè)多世紀(jì)里，陶瓷范疇的科研工作者們通過(guò)改進(jìn)氧化鋁透明陶瓷的成型與燒結(jié)工藝，使得氧化鋁透明陶瓷在力學(xué)、光學(xué)以及產(chǎn)業(yè)化利用方面均獲得了宏大進(jìn)步。

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1.1 透明陶瓷的定義及影響因素

德國(guó)Fraunhofer研究所Krell等人嚴(yán)格辨別了“透明”與“半透明”兩個(gè)概念，Krell等人認(rèn)為只有與物體隔著一定間隔而仍然存在良好透明度的陶瓷才是透明陶瓷，否則只能稱為半透明陶瓷。我國(guó)個(gè)別認(rèn)為直線透光率在可見光區(qū)域的值超過(guò)15%可稱為透明陶瓷。

圖2 半透明、介質(zhì)透明與全透明陶瓷

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光芒透過(guò)陶瓷多晶體的光芒喪失重要包含三局部：名義反射喪失，對(duì)氧化鋁而言個(gè)別為7~8%；第二相喪失，因?yàn)榈诙嗯c陶瓷基體的折射率有明顯差別而造成的光芒喪失。如氧化物陶瓷折射率個(gè)別為1.3~2.7，而氣孔即光芒在空氣中的折射率為1.003；所有非等軸晶系的晶界上均存在雙折射，雙折射可產(chǎn)生額定光散射。如氧化鋁陶瓷晶界的兩個(gè)折射率為1.760跟1.768。因此，影響陶瓷透明性的因素包含氣孔率，晶粒尺寸，晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，晶界結(jié)構(gòu)，名義加工光潔度等。

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1.2 氧化鋁透明陶瓷的制備技巧

從1.1中咱們可得悉，氧化鋁透明陶瓷在制備進(jìn)程中對(duì)各方面的請(qǐng)求都很高，在生產(chǎn)進(jìn)程中常波及的制備技巧重要包含以下多少個(gè)局部。

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粉末原料

制備氧化鋁透明陶瓷對(duì)原始粉末的請(qǐng)求高，須要滿意純度、粒度、晶型三個(gè)方面的請(qǐng)求。純度須高于99.9%，粒度個(gè)別為亞微米級(jí)甚至納米級(jí)，晶型為α相。目前通常采取碳酸鋁銨或硫酸鋁銨熱解法制備這類α-Al2O3粉末。

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燒結(jié)助劑

為了實(shí)現(xiàn)氧化鋁陶瓷的高度致密化，個(gè)別須要加入微量的燒結(jié)助劑。MgO是為經(jīng)典的制備氧化鋁透明陶瓷的燒結(jié)助劑，高純Al2O3燒結(jié)進(jìn)程中加入少量MgO可有效克制晶粒過(guò)分長(zhǎng)大。

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對(duì)于MgO在克制Al2O3晶粒異樣成長(zhǎng)的作用機(jī)理，目前尚未達(dá)成共鳴，有關(guān)說(shuō)明重要包含：

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晶界上溶質(zhì)偏析，通過(guò)溶質(zhì)拖拽機(jī)制克制晶粒的不連續(xù)成長(zhǎng)。

晶界上第二相釘扎克制晶粒的不連續(xù)成長(zhǎng)。

通過(guò)缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變晉升與晶粒成長(zhǎng)速率相干的燒結(jié)速率。

此外，還可利用Y2O3、La2O3、TiO2、Mn

　　O、CaO等，也可將這些氧化物與MgO進(jìn)行多元共滲，多元助燒劑共滲有利于透明度的進(jìn)步。

圖3 TiO2/CaO助燒劑共滲熱等靜壓抑備的氧化鋁透明陶瓷掃描照片

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燒結(jié)方法

通例的燒結(jié)方法無(wú)奈滿意制備氧化鋁透明陶瓷的請(qǐng)求，制備透明陶瓷常用的燒結(jié)方法有：氣氛與真空燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、放電等離子體燒結(jié)等。

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a. 氣氛與真空燒結(jié)

通過(guò)常壓燒結(jié)制備的氧化鋁陶瓷通常會(huì)有1~3%的殘余氣孔，而通過(guò)在真空或者氣氛中燒結(jié)可使氧化鋁坯體產(chǎn)生大量氧空位，加速O2-的擴(kuò)散，使坯體致密化速率加快，這樣可能使殘余氣孔更輕易消除。

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b. 熱等靜壓燒結(jié)

熱等靜壓(HIP)是一種集高溫、高壓于一體的工藝生產(chǎn)技巧，加熱溫度可能達(dá)到2000℃；通過(guò)以密閉容器中的高壓惰性氣體或氮?dú)鉃閭鲏航橘|(zhì)，其工作壓力可達(dá)200MPa以上。在高溫高壓的作用下，可能將常壓燒結(jié)下難以消除的閉口氣口消除，可制備出高透明度的亞微米級(jí)氧化鋁陶瓷。因?yàn)槔么朔N方法制備的氧化鋁透明陶瓷晶粒尺寸渺小，使得陶瓷的機(jī)械機(jī)能十分優(yōu)良。

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圖4 熱等靜壓燒結(jié)爐示用意

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c. 放電等離子體燒結(jié)

放電等離子燒結(jié)(SPS)是將原料粉末裝入石墨等材質(zhì)制成的模具內(nèi)，利用上、下模沖及通電電將特定燒結(jié)電源跟壓抑壓力施加于原料粉末，經(jīng)放電活化、熱塑變形跟冷卻實(shí)現(xiàn)燒結(jié)進(jìn)程。因?yàn)镾PS可能疾速燒結(jié)跟可在較低溫度下實(shí)現(xiàn)精巧陶瓷結(jié)構(gòu)的致密化，近多少年被普遍天時(shí)用于制備氧化鋁透明陶瓷。

圖5 放電等離子燒結(jié)示用意

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　　2. 氧化鋁透明陶瓷的利用

氧化鋁透明陶瓷存在優(yōu)良的光學(xué)機(jī)能而且耐高溫，照明范疇是氧化鋁透明陶瓷早的利用范疇。高壓鈉燈是一種發(fā)光效力很高的電光源，但在鈉燈蒸汽放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生1000℃以上的高溫，存在很強(qiáng)的腐化性，在發(fā)明利用了氧化鋁透明陶瓷后才使得高壓鈉燈得到了實(shí)際的利用，重要用于途徑、港口、機(jī)場(chǎng)、車站、廣場(chǎng)、建造物的泛光照明等場(chǎng)合。

氧化鋁透明陶瓷除用于照明范疇外，還存在很普遍的用處。

在機(jī)械產(chǎn)業(yè)中，可能用來(lái)制造車床上的高速切削刀、汽輪機(jī)葉片、噴氣發(fā)念頭的整機(jī)等；

在化學(xué)產(chǎn)業(yè)中，可能用作高溫耐腐化資料以取代傳統(tǒng)資料等；

在國(guó)防軍事中，氧化鋁透明陶瓷可能做成導(dǎo)彈等飛翔器的窗口跟整流罩等；

在儀表產(chǎn)業(yè)中，可能用作高硬度資料以取代各類寶石等；

在電子產(chǎn)業(yè)中，可能用來(lái)制造印刷線路的基板等；

在日用生活中，可能用來(lái)制造各種高等器皿、餐具等。

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