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透明陶瓷
透明陶瓷自问世以来，其优异的性能以及广
泛的用途受到了研究者的极大关注，无论是 性能的提高还是新型透明陶瓷的研究都取得 了很大的发展。但在具体研究和制备过程中 仍然有不少问题存在，尤其是在制备过程中 原有生产工艺比较单一。比如用传统工艺制 备透明氧化铝陶瓷时，大部分制品可能会出 现发灰、发黑的现象。
1.气孔率 2.晶界结构 3.原料与添加剂 4.烧成气氛 5.表面加工光洁度
3.1气孔率
对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔
率。普通陶瓷即使具有很高的致密度，往往 也不是透明的，这是因为其中有很多封闭的 气孔。文献指出 ,总气孔率超过1%的氧化物 陶瓷基本是不透明的，因为气孔的折射率非 常低(约为1.0)，这些气孔在光线传播的过程 中会使光线发生多次反射，从而大大降低材 料的透明度。
透明陶瓷
1.简介
2.透明陶瓷的发展 3.影响透明陶瓷性能的主要因素 4.透明陶瓷的研究趋势
1.简介
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线产生折射和散射作 用，使得光线几乎无法透过陶瓷体。1959年 通用电气公司首次提出了一些陶瓷具有可透 光性 ,随后美国陶瓷学家 R· LCoble制备得到 透明氧化铝陶瓷证实了这一点
同性的性质，使得其具有优越的透光性能。 氧化钇透明陶瓷在宽广的频率范围内，特别 是在红外区中，具有很高的透光率。由于高 的耐火度，可用作高温炉的观察窗以及作高 温条件应用的透镜。此外，氧化钇透明陶瓷 还可用于微波基板、红外发生器管、天线罩 等。
2.2透明铁电陶瓷
PLZT电光陶瓷是一种典型的透明铁电陶瓷，
对透明陶瓷的研究趋势将是：拓展其性能尽
可能满足不同领域的应用要求；不断改善现 有透明陶瓷的制备工艺；探索如何将其投入 生产，逐步解决生产工艺过程中出现的技术 问题，使得透明陶瓷的工业化生产以及应用 技术趋于成熟。
泛的用途受到了研究者的极大关注，无论是 性能的提高还是新型透明陶瓷的研究都取得 了很大的发展。但在具体研究和制备过程中 仍然有不少问题存在，尤其是在制备过程中 原有生产工艺比较单一。比如用传统工艺制 备透明氧化铝陶瓷时，大部分制品可能会出 现发灰、发黑的现象。
1.气孔率 2.晶界结构 3.原料与添加剂 4.烧成气氛 5.表面加工光洁度
3.1气孔率
对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔
率。普通陶瓷即使具有很高的致密度，往往 也不是透明的，这是因为其中有很多封闭的 气孔。文献指出 ,总气孔率超过1%的氧化物 陶瓷基本是不透明的，因为气孔的折射率非 常低(约为1.0)，这些气孔在光线传播的过程 中会使光线发生多次反射，从而大大降低材 料的透明度。
透明陶瓷
1.简介
2.透明陶瓷的发展 3.影响透明陶瓷性能的主要因素 4.透明陶瓷的研究趋势
1.简介
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线产生折射和散射作 用，使得光线几乎无法透过陶瓷体。1959年 通用电气公司首次提出了一些陶瓷具有可透 光性 ,随后美国陶瓷学家 R· LCoble制备得到 透明氧化铝陶瓷证实了这一点
同性的性质，使得其具有优越的透光性能。 氧化钇透明陶瓷在宽广的频率范围内，特别 是在红外区中，具有很高的透光率。由于高 的耐火度，可用作高温炉的观察窗以及作高 温条件应用的透镜。此外，氧化钇透明陶瓷 还可用于微波基板、红外发生器管、天线罩 等。
2.2透明铁电陶瓷
PLZT电光陶瓷是一种典型的透明铁电陶瓷，
对透明陶瓷的研究趋势将是：拓展其性能尽
可能满足不同领域的应用要求；不断改善现 有透明陶瓷的制备工艺；探索如何将其投入 生产，逐步解决生产工艺过程中出现的技术 问题，使得透明陶瓷的工业化生产以及应用 技术趋于成熟。
【VIP专享】无机光学透明材料 透明陶瓷
无机光学透明材料——透明陶瓷一、基本概念透明陶瓷（Transparent ceramics）是指采用陶瓷工艺制备的具有一定透光性的多晶材料，又称光学材料。
一般多晶陶瓷的不透明性是由于非等轴晶系的多晶晶粒在排列取向上的随机性，导致晶粒间折射系数不连续，以及晶界效应，气孔等引起的散射等原因所致。
在制备透明陶瓷时，通过采用高纯超细原料，掺入尽可能少的添加剂和工艺上的严格控制，浆砌块石和杂质充分排出并适当控制晶粒尺寸，试制品接近于理理论密度，从而制备出透明陶瓷[1]。
制备透明陶瓷的首要条件是组成陶瓷的单晶体本身是透明的，同时具有高的对称性，一般为立方晶系。
某些非立方晶系的陶瓷材料如六方相的氧化铝，一定条件下可以制的半透明（tran slucent)陶瓷。
透明陶瓷通常采用压力烧结【包括热压，等离子体压力烧结（SPS)，热等静压（HIP）等】和气氛烧结（包括氢气烧结，氧气烧结和真空烧结等）等方法制备而成。
二、透明陶瓷的种类透明陶瓷的种类按材料体系分为氧化物、氟化物、氮化物、氧氮化物、氧硫化物、硫化物、硒化物等透明陶瓷，随着技术的发展很可能出现更多种类的透明陶瓷的材料体系[2]。
按性能分类，可分为透明结构陶瓷、透明功能陶瓷（包括透明激光陶瓷、透明闪烁陶瓷、透明铁电陶瓷、红外透明陶瓷等）。
（一）按组划分（1）氧化物透明陶瓷氧化物透明陶瓷一般在可见光和近红外波段透明。
这类透明陶瓷已经报道的有等材料，其中以透明到的研究最为成熟。
可用于制作高压钠灯的灯管、微波集成电路用基片、轴承材料以及红外光学元件。
透明氧化铝陶瓷1961年由美国首先研制成功，制作工艺是采用纯度为99.99%、平均尺寸为0.3微米的氧化铝细粉作原料，加入质量分数为0.3%的MgO添加剂，在H2保护的高温电炉中烧成[3-5]。
高压钠灯用透明氧化铝陶瓷在高温下与钠蒸汽不发生作用，却能把90%以上的可见光透出来。
（2）氟化物透明陶瓷主要是CaF和MgF2透明陶瓷，20世纪60年代开始，CaF透明陶瓷主要作为一种激光材料使用。
功能陶瓷材料_透明陶瓷
陶瓷内部微观结构示意图
透明陶瓷要求：晶界应微薄、光性好、没有第二相夹杂物及位 错等缺陷。
12
第二相
要控制陶瓷中第二相的生成，在陶瓷生产的过程中，我们应注 意原料与添加剂的选择。生产透明陶瓷应使用高纯度、高细散、 高烧结活性粉料。高纯度可减少第二相的析出；高细散可保障 高的烧结活性。
根据平均气孔的大小，产生的影响也不同：在气孔直径小于 光波波长λ/3时, 会产生Rayleigh 散射；当气孔直径与光波波 长λ相接近时, 会产生Mie散射；当气孔直径大于光波波长λ时, 会产生反散射折射。其中Mie散射对透过率的可分为晶界气孔和晶内气孔。晶体之间的气孔处于晶 界面上容易排除，它可以随着晶界的移动而迁移，最终排出体外， 而晶体内部的气孔即使是小于微米级的也很难排除，而且在封闭 气孔中还可能进入水蒸汽、氮气和碳等。因此晶体内气孔对于获 得透明陶瓷是最危险的，从而应在任何工艺阶段防止气孔的产生。
功能陶瓷
4.4 透明陶瓷
❖ 1959年，美国通用电气公司开发出透光性氧化铝陶瓷，最 先打破陶瓷不透明这一，其透光率约为80%，而现在作为高 压钠灯灯管的透明氧化铝瓷对可见光的透光率已达到90％以 上。现在研制成功的透明陶瓷包括Al2O3、MgO、Y2O3、ZrO2、 ThO、MgF2、CaF2、LaF3以及PZT、PLZT、GaAs、ZnS等。
样品基本达到了理论密度，而且晶界平直，晶界没有存 在杂质相，因此，降低了因残余气孔和晶界引起的散射，使 得材料有较高的透过率。
14
❖透明陶瓷的性能及应用
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。
透明陶瓷ppt课件
透明陶瓷的分 类
氧化物透明陶瓷是研究得最早的一类 透明陶瓷也是研究较多的一类。因为 非氧化物透明陶瓷的制备比氧化物透 明陶瓷的制备要困难一些，这是由于 非氧化物具有比较低的烧结活性以及 非氧化物中杂质含量高，尤其是氧含
量高。
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氧化钇透明陶瓷 由于氧化钇是立 方晶系晶体，具 有光学各向同性 的性质，使得其 具有优越的透光 性能。氧化钇透 明陶瓷在宽广的 频率范围内，特 别是在红外区中， 具有很高的透光 率。由于高的耐 火度，可用作高 温炉的观察窗以 及作高温条件应 用的透镜。此外， 氧化钇透明陶瓷 还可用于微波基 板、红外发生器 管、天线罩等。
1300 ℃ × 5 min 条件SPS 烧结的试样达到完全致密
3． 97 /cm3，平均粒径为40 μm 透明性能优异
化，晶粒尺寸仅为0．5 ～ 1μm，在中红外区透光率 的氧化铝陶瓷。但是，微波烧结有其本身的问题，
可达85%，而经1700 ℃ × 3 min 条件下SPS 烧结试 如控温准确度，温度场均匀性等，这往往会产生
MgFZ、ZnS、CaFZ等透明陶瓷。
最新版整理ppt
钇铝石榴石透 明陶瓷 钇铝石榴石化 学式 Y3Al5O12， 是一种优良的 激光基质。主 要应用于医学 和高能物理领 域。提高透明 性和光输出率 仍是研究的关 键技术问题。
5
透明陶瓷的制备
透明陶瓷的制备过程包括制粉、成型、烧结及机械加工的过程。为了达到陶瓷的 透光性,必须具备以下条件〔4〕:(1)致密度高;(2)晶界没有杂质及玻璃相,或晶界的 光学性质与微晶体之间差别很小;(3)晶粒较小而且均匀,其中没有空隙;(4)晶体对入 射光的选择吸收很小; (5)无光学各向异性,晶体的结构最好是立方晶系;(6)表面光洁 度高。因此,对制备过程中的每一步,都必须精确调控,以制备出良好的透明陶瓷材 料
功能材料透明陶瓷2
长方向移动, 即所谓的红移趋
11
1. 光学透明性的影响因素
随着温度上升, 折 射率增大, 透过率 逐渐减少, 所以折 射率随温度的变 化而影响到透过 率。
温度、透过率与折射率之间的关系
12
1. 光学透明性的影响因素
对于透明材料的红外截 止波段, 随着温度的升 高而使原子能量增大, 原子的振动频率增大, 因而共振吸收截止频率 增大, 因此红外截止波 长缩短, 具有蓝移的趋 势。
折射率不连续界面的散射系数(图c所示)。
17
1. 光学透明性的影响因素
1.4 显微结构的影响 1.4.1 气孔率 对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率,可更细分 为气孔尺寸、数量、种类。普通陶瓷即使具有高的密度, 往往也不是透明的, 这是因为其中有很多闭口气孔, 陶瓷体 中闭口气孔率从0.25%变为0.85%时, 透过率降低33%。 根据平均气孔的大小, 产生的影响也不同: 在气孔直径小于光波波长λ/3时, 会产生Rayleigh 散射; 当 气孔直径与光波波长λ相接近时, 会产生Mie散射; 当气孔直径大于光波波长λ时, 会产生反散射折射。
对于透明陶瓷材料, 可理解 为通过晶界把晶体颗粒方向 无序结合在一起的多晶体, 因此透明陶瓷的透过率可按 照单晶体进行参照分析。对 于有些材料如半导体材料, 如果环境温度升
高到足够的程度, 在导带中的热激发电子能够吸收较少的能量,
从而在带内进入更高的能态, 使得电子在足够的温度下能够有
更多的机率进入导带, 这就使得紫外截至波段随着温度向长波
在本征吸收带, 非金属材料对于 光子的吸收有如下3种机理: 电子 极化; 电子受激发吸收光子而跃 迁禁带; 电子跃迁进入位于禁带 中的杂质或缺陷能而吸收光子。
《功能材料透明陶瓷》课件
详细描述
溶胶-凝胶法需要将原料溶液在低温下进行 水解和缩聚反应，形成透明溶胶，该溶胶可 以涂敷在玻璃、硅片或金属基底上。经过热 处理后，溶胶中的水分和有机物会挥发，同 时发生晶化反应形成透明的陶瓷薄膜。该方 法制备的透明陶瓷具有较高的光学透过率和 机械强度，且制备温度较低，适用于大面积
制备。
其他制备方法
总结词
除了上述三种方法外，还有多种制备功能材料透明陶瓷的方法，如脉冲激光沉 积法、离子注入法等。
详细描述
脉冲激光沉积法和离子注入法等其他制备方法也可以用于制备功能材料透明陶 瓷。这些方法具有各自的优缺点，适用于不同的应用场景。在实际应用中，需 要根据具体需求选择合适的制备方法。
03
功能材料透明陶瓷的性能分析
详细描述
熔融法需要将原料粉末在高温下熔化成液态，然后通过控制冷却速度和结晶条件，使陶瓷晶体从液态 中析出并生长，最终形成透明的陶瓷。该方法制备的透明陶瓷具有较高的光学透过率和机械强度，但 制备过程中需要较高的温度和较长的制备周期。
化学气相沉积法
总结词
化学气相沉积法是一种制备功能材料透明陶瓷的方法，通过将原料气体在反应室内与热解反应生成陶瓷薄膜。
THANKS
感谢观看
光学性能
01
02
03
透光性
透明陶瓷具有高透光性， 能够透过大部分可见光， 是优良的光学材料。
折射率
透明陶瓷的折射率较高， 能够有效地控制和引导光 线。
颜色
透明陶瓷可以通过添加不 同元素来调整其颜色，包 括无色、有色、滤光片等 。
力学性能
高硬度
透明陶瓷具有高硬度，耐 磨、耐划伤，能够承受较 大的压力和摩擦力。
化学性能
热性能
透明陶瓷具有良好的化学稳定性和耐腐蚀 性，能够在高温、强酸、强碱等恶劣环境 下保持稳定。
无机光学透明材料 透明陶瓷
无机光学透明材料——透明陶瓷一、基本概念透明陶瓷（Transparent ceramics）是指采用陶瓷工艺制备的具有一定透光性的多晶材料，又称光学材料。
一般多晶陶瓷的不透明性是由于非等轴晶系的多晶晶粒在排列取向上的随机性，导致晶粒间折射系数不连续，以及晶界效应，气孔等引起的散射等原因所致。
在制备透明陶瓷时，通过采用高纯超细原料，掺入尽可能少的添加剂和工艺上的严格控制，浆砌块石和杂质充分排出并适当控制晶粒尺寸，试制品接近于理理论密度，从而制备出透明陶瓷[1]。
制备透明陶瓷的首要条件是组成陶瓷的单晶体本身是透明的，同时具有高的对称性，一般为立方晶系。
某些非立方晶系的陶瓷材料如六方相的氧化铝，一定条件下可以制的半透明（translucent)陶瓷。
透明陶瓷通常采用压力烧结【包括热压，等离子体压力烧结（SPS)，热等静压（HIP）等】和气氛烧结（包括氢气烧结，氧气烧结和真空烧结等）等方法制备而成。
二、透明陶瓷的种类透明陶瓷的种类按材料体系分为氧化物、氟化物、氮化物、氧氮化物、氧硫化物、硫化物、硒化物等透明陶瓷，随着技术的发展很可能出现更多种类的透明陶瓷的材料体系[2]。
按性能分类，可分为透明结构陶瓷、透明功能陶瓷（包括透明激光陶瓷、透明闪烁陶瓷、透明铁电陶瓷、红外透明陶瓷等）。
（一）按组划分（1）氧化物透明陶瓷氧化物透明陶瓷一般在可见光和近红外波段透明。
这类透明陶瓷已经报道的有等材料，其中以透明到的研究最为成熟。
可用于制作高压钠灯的灯管、微波集成电路用基片、轴承材料以及红外光学元件。
透明氧化铝陶瓷1961年由美国首先研制成功，制作工艺是采用纯度为99.99%、平均尺寸为0.3微米的氧化铝细粉作原料，加入质量分数为0.3%的MgO添加剂，在H2保护的高温电炉中烧成[3-5]。
高压钠灯用透明氧化铝陶瓷在高温下与钠蒸汽不发生作用，却能把90%以上的可见光透出来。
（2）氟化物透明陶瓷主要是CaF和MgF2透明陶瓷，20世纪60年代开始，CaF透明陶瓷主要作为一种激光材料使用。
透明陶瓷
第七讲 透明陶瓷
1962年美国GE公司的R.L.Coble首次报导成功地制备了透明Al2O3陶 瓷（商品名称为Lucalox）。
透明陶瓷
透明性原理和关键工艺因素
1
氧化铝透明陶瓷
2
氧化镁透明陶瓷
3
氧化钇透明陶瓷
4
镁铝尖晶石透明陶瓷
5
YAG透明激光陶瓷
6
氮化铝透明陶瓷
7
赛隆和阿隆透明陶瓷
先进陶瓷材料
透明性原理和关键工艺因素
添加剂包括LiF、Nd2O5、Yb2O3、ThO2、Er2O3、La2O3等。LiF、 Er2O3、La2O3、ThO2均是制备高透光性Y2O3透明陶瓷的有效添加剂， 而且Nd-Y2O3、Yb-Y2O3可望作为激光材料，
先进陶瓷材料
1500℃（a）与1625℃（b）HIP烧结后的试样照片 先进陶瓷材料
透明氧化铝陶瓷
先进陶瓷材料
制备透明氧化铝陶瓷的工艺要点
α-Al2O3粉末的细度一般控制在0.3μm以下，并且分散性 好、无团聚、特别是不能有硬团聚，纯度需在99.9%以上。 这类α-Al2O3粉目前大多采用硫酸铝铵或碳酸铝铵热解法 制得。
为了使Al2O3陶瓷体烧结成没有气孔的完全致密体，必须 在Al2O3粉中加入微量的烧结助剂，通常加入MgO、还可采 用Y2O3、La2O3、ZrO2、ThO2等，宜可将这些氧化物与MgO 混合使用。
制备透明陶瓷的关键工艺因素
陶瓷粉体：粒径、纯度、分散性和烧结活性。 烧结助剂：固溶于主晶相；促进致密化，减少气
孔，抑制晶粒长大等。 特种烧结技术：氢气，真空热压，气氛热压，热
等静压等。
先进陶瓷材料
1
透光率的表征与测试
透光率是指在一定波长范围内的光通过该材料后的光强度占原始 光强度的百分率，即 I / I0（%）。
1962年美国GE公司的R.L.Coble首次报导成功地制备了透明Al2O3陶 瓷（商品名称为Lucalox）。
透明陶瓷
透明性原理和关键工艺因素
1
氧化铝透明陶瓷
2
氧化镁透明陶瓷
3
氧化钇透明陶瓷
4
镁铝尖晶石透明陶瓷
5
YAG透明激光陶瓷
6
氮化铝透明陶瓷
7
赛隆和阿隆透明陶瓷
先进陶瓷材料
透明性原理和关键工艺因素
添加剂包括LiF、Nd2O5、Yb2O3、ThO2、Er2O3、La2O3等。LiF、 Er2O3、La2O3、ThO2均是制备高透光性Y2O3透明陶瓷的有效添加剂， 而且Nd-Y2O3、Yb-Y2O3可望作为激光材料，
先进陶瓷材料
1500℃（a）与1625℃（b）HIP烧结后的试样照片 先进陶瓷材料
透明氧化铝陶瓷
先进陶瓷材料
制备透明氧化铝陶瓷的工艺要点
α-Al2O3粉末的细度一般控制在0.3μm以下，并且分散性 好、无团聚、特别是不能有硬团聚，纯度需在99.9%以上。 这类α-Al2O3粉目前大多采用硫酸铝铵或碳酸铝铵热解法 制得。
为了使Al2O3陶瓷体烧结成没有气孔的完全致密体，必须 在Al2O3粉中加入微量的烧结助剂，通常加入MgO、还可采 用Y2O3、La2O3、ZrO2、ThO2等，宜可将这些氧化物与MgO 混合使用。
制备透明陶瓷的关键工艺因素
陶瓷粉体：粒径、纯度、分散性和烧结活性。 烧结助剂：固溶于主晶相；促进致密化，减少气
孔，抑制晶粒长大等。 特种烧结技术：氢气，真空热压，气氛热压，热
等静压等。
先进陶瓷材料
1
透光率的表征与测试
透光率是指在一定波长范围内的光通过该材料后的光强度占原始 光强度的百分率，即 I / I0（%）。
结构陶瓷ch.2.1之7-透明氧化铝陶瓷PPT课件
研究表明，总气孔率超过1%的氧化物陶瓷基本是 不透明的，因为气孔的折射率非常低(约为1.0)， 和基体Al2O3折射率差别大，气孔与多晶体本身折 射率相差很大造成入射光的强烈散射。
.
30
Zhengzhou University
② 晶界结构
首先，晶界是破坏陶瓷体光学均匀性、从而引起光 的散射、致使材料的透光率下降的重要因素之一。
基本吸收：谱范围在紫外－可见光－近红 外光。电子从价带跃迁到导带引起光的强 吸收，吸收系数很高（105~106cm-1），常 伴随可以迁移的电子和空穴，出现光电导。
吸收边缘界限：在它的低能量端，吸收系数陡然下降， 称为吸收边缘。边缘界限对应于价带电子吸收光子 （hν=Eg）跃迁至导带的长波限,波长大于此限的光(hν＜ Eg)不能引起本征吸收。
表面粗糙度：取决于表面加工精度； 透明氧化铝陶瓷的透光范围：
λ= 0.15~6.5μm，对于红外线（λ＞0.77μm的电磁波） 的透光率比石英玻璃好。
一般出现在金属中。）
空带（未排电子） 亦称导带，简写EC 禁带（不能排电子）
E 空带
导带
价带 (非满带)
Eg 禁带
•• •
导带
价带 (满带)
.
Eg 禁带
•••••
•••••
11
Zhengzhou University
在金属中，
由于价带与导带是重叠的，它们之间没有能隙，因此， 无论入射光子的能量hν多小，电子都可以吸收它而跃 迁到一个新的能态上去。金属能吸收各种波长的光， 因而是不透明的。
为了促进致密化，可以加入适量添加剂：
如：MgO、La2O3+ Y2O3 ，配方中的MgO是以 Mg（NO3）2的形式加入硫酸铝铵中共同热分解 的。
.
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Zhengzhou University
② 晶界结构
首先，晶界是破坏陶瓷体光学均匀性、从而引起光 的散射、致使材料的透光率下降的重要因素之一。
基本吸收：谱范围在紫外－可见光－近红 外光。电子从价带跃迁到导带引起光的强 吸收，吸收系数很高（105~106cm-1），常 伴随可以迁移的电子和空穴，出现光电导。
吸收边缘界限：在它的低能量端，吸收系数陡然下降， 称为吸收边缘。边缘界限对应于价带电子吸收光子 （hν=Eg）跃迁至导带的长波限,波长大于此限的光(hν＜ Eg)不能引起本征吸收。
表面粗糙度：取决于表面加工精度； 透明氧化铝陶瓷的透光范围：
λ= 0.15~6.5μm，对于红外线（λ＞0.77μm的电磁波） 的透光率比石英玻璃好。
一般出现在金属中。）
空带（未排电子） 亦称导带，简写EC 禁带（不能排电子）
E 空带
导带
价带 (非满带)
Eg 禁带
•• •
导带
价带 (满带)
.
Eg 禁带
•••••
•••••
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Zhengzhou University
在金属中，
由于价带与导带是重叠的，它们之间没有能隙，因此， 无论入射光子的能量hν多小，电子都可以吸收它而跃 迁到一个新的能态上去。金属能吸收各种波长的光， 因而是不透明的。
为了促进致密化，可以加入适量添加剂：
如：MgO、La2O3+ Y2O3 ，配方中的MgO是以 Mg（NO3）2的形式加入硫酸铝铵中共同热分解 的。
3.5 透明的陶瓷
• 透明陶瓷对陶瓷原料纯 度要很高，杂质含量必 须低于万分之一
• 内部的成分和结构非常 均匀，没有气孔和缺陷
氧化铝陶瓷的显微结构
透明铁电陶瓷
在光作用下，光开关启动，材料变成不透明
透明铁电陶瓷做成护目镜，能根据光线的明 暗自动进行调节
在可见光范围内,金属钠在高温下发出的 黄色光的穿透力最强
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透明陶瓷
护目镜,对可见光的透过率在几十微秒内自动 降低了数千倍
防强闪光护目镜，其关键部件是采用透明陶 瓷制作的。 高压钠光灯也是用透明陶瓷制作的
水流中的气泡
水压较大时,从水龙头中出来的水看似 浑浊,ห้องสมุดไป่ตู้透明
静止一会以后
气泡又慢慢地自动逸出，水慢慢会变 得清澈了
透明陶瓷
随机取向的表面，会造成了光线的无规则 散射，出现失透现象。
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钇铝石榴 石透明陶
瓷
钇铝石榴 石化学式 Y3Al5O12， 是一种优 良的激光 基质。主 要应用于 医学和高 能物理领 域。提高 透明性和 光输出率 仍是研究 的关键技 术问题。
透明陶瓷的制备
透明陶瓷的制备过程包括制粉、成型、烧结及机械加工的过 程。为了达到陶瓷的透光性,必须具备以下条件〔4〕:(1)致 密度高;(2)晶界没有杂质及玻璃相,或晶界的光学性质与微晶 体之间差别很小;(3)晶粒较小而且均匀,其中没有空隙;(4)晶 体对入射光的选择吸收很小; (5)无光学各向异性,晶体的结构 最好是立方晶系;(6)表面光洁度高。因此,对制备过程中的每
化铝为原料，在不使用任何添加剂的情况下采
使陶瓷及其复合材料整体加热至烧
用SPS烧结，工艺条件为压力275 MPa，最高
结温度而实现致密化的快速烧结技
烧结温度1150℃，制备了平均晶粒尺寸为0． 3
术。微波烧结速度快、时间短，从
μm，硬度达到23 GPa 的透明氧化铝陶瓷。
而避免了烧结过程中陶瓷晶粒的异
光衰减器、 光隔离器、 光开关等光 电器件，也
可制成
氮化铝陶 瓷透明陶
瓷
氮化铝陶 瓷具有高 热导率、 高电绝缘 性、高硬 度、低热 膨胀系数、 优良的光 学性能和 声波传播 性能、优 良的耐金 属侵蚀性 能，良好 的耐化学 腐蚀性能 等氮化铝 陶瓷的突
非氧化物透明陶瓷的研究是从20世纪8 0年代开始的。非氧化物透明陶瓷的制 备比氧化物透明陶瓷的制备要困难得 多，这是由于非氧化物透明陶瓷具有 较低的烧结活性、自身含有过多的杂 质元素(如氧等)，这些都成为制约非氧 化物透明陶瓷实现成功烧结并得到广 泛应用的主要因素。但经过各国研究 人员的共同努力和深人研究，现已经 成功地制备出了多种透明度很高的非
性。
氧化钇透明陶瓷的制备
1.粉体的合成方法 固相化学反应法
将六水硝酸钇与乙 二酸按1 ∶2 (物质 的量比) 混 合,在 玛瑙研磨钵中研磨 分散后放入玛瑙球 磨罐中,用球磨机 球磨3 h 至反应完 全。产物经过滤、 干燥、热分解,制 得氧化钇纳米粉末
2.成型 双向压制是对单向压制
的改进,坯体的密度分布为 两边大中间小。采用这种
密度的透明陶瓷。Cheng 等 】 【4 研究发现微波烧 结氧化铝在加入百 分比为0．05% 氧化镁烧结助剂的 条件下烧结45 min 就可以得到密度 为3． 97 /cm3，平均粒径为40 μm 透明性能优异的氧化铝陶瓷。但是， 微波烧结有其本身的问题，如控温 准确度，温度场均匀性等，这往往 会产生氧化铝晶体晶粒尺寸的差别 非常大，从而影响材料质量的稳定
氧化钇透明 陶瓷由于氧 化钇是立方 晶系晶体， 具有光学各 向同性的性 质，使得其 具有优越的 透光性能。 氧化钇透明 陶瓷在宽广 的频率范围 内，特别是 在红外区中， 具有很高的 透光率。由 于高的耐火 度，可用作 高温炉的观 察窗以及作 高温条件应 用的透镜。 此外，氧化
透明铁电陶 瓷PLZT电 光陶瓷是一 种典型的透 明铁电陶瓷， 是掺镧的锆 钛酸铅。这 种材料具有 较高的光透 过率和电光 效应，人工 极化后还具 有压电、光 学双折射等 特性。主要 用于制作光 调制器、
陈希衡
透明陶瓷
一般陶瓷是不透明的，但是光 学陶瓷像玻璃一样透明，故称 透明陶瓷。一般陶瓷不透明的 原因是其内部存在有杂质和气 孔，前者能吸收光，后者令光 产生散射，所以就不透明了。 因此如果选用高纯原料，并通 过工艺手段排除气孔就可能获 得透明陶瓷。早期就是采用这 样的办法得到透明的氧化铝陶 瓷，后来陆续研究出如烧结白 刚玉、氧化镁、氧化铍、氧化 钇、氧化钇-二氧化锆等多种氧 化物系列透明陶瓷。近期又研
一步,都必须精确调控,以制备出良好的透明陶瓷材料
透明氧化铝陶瓷的 制备
透明三氧化二钇陶瓷的 制备
方法一 放电等离子烧结（SPS） 透明氧化铝
透明氧化铝陶瓷的制备 陶瓷的SPS 烧结近几年也得到研究和探索。
方法二微波快速烧结 微波烧结是利
Dibyendu】【1以平均粒径为100 nm 的高纯氧
用材料在微波电磁场中的介电损耗
3.高温烧结 热等静压集热压和等静 压的优点于一身,施加压 力高,并且使粉体受到各 向同性的压力,因而制备 出的陶瓷显微结构均匀, 产品致密化程度高,性能
方式宜采用“一轻、二重、 慢提起”的加压方式,对操 作人员技术要求较高。即 开始加压时压力应小些,以 利于空气排出;然后短时间 内释放此力,使受压气体逸 出。初压时坯体松,空气易 排,可稍快加压;当用高压使 颗粒靠拢后,必须缓慢加压, 以免残余空气无法排出,在 释放压力后,空气膨胀,回弹 产生层裂。当坯体较厚或 粉料颗粒较细,流动性低时, 则宜减慢加压速度,延长保 压时间。为提高压力的均
Jiang 等】【2采用高纯纳米氧化铝粉( ＞
常长大，最终可获得高强度和高致
99． 995%) ，0.2 wt% MgO( 以 硝酸镁形式加 入) 作为烧结助剂，SPS 烧结工艺为真空条件 下90 MPa 压力，在3min 内温度从室温升至 600 ℃，然后快速升温至1300 ～ 1700℃，保 温3 ～ 5 min。结果表明，1300 ℃ × 5 min 条 件SPS 烧结的试样达到完全致密化，晶粒尺寸 仅为0．5 ～ 1μm，在中红外区透光率可达85%， 而经1700 ℃ × 3 min 条件下SPS 烧结试样， 晶粒尺寸迅速增大至5μm 左右。Michael 等】 【3同样采用SPS 烧结制备了透明氧化铝陶瓷， 并研究SPS过程中添加剂种类及含量对 氧化铝 透光性的影响。研究发现使用Mg、Y、La 三元
透明陶瓷
透明陶瓷的 分类
透明陶瓷的制 备工艺
透明陶瓷的用 途
氧化铝透 明陶瓷是 最早投入 生产的透 明陶瓷材 料ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ这种 透明陶瓷 不仅能有 效透过可 见光和红 外线 ，而
且具有较 高的热导 率、较大 的高温强 度、良好 的热稳定 性和耐腐 蚀性。主 要应用于 高压钠灯 灯管、高
透明陶瓷的 分类
氧化物透明陶瓷是研究得 最早的一类透明陶瓷也是 研究较多的一类。因为非 氧化物透明陶瓷的制备比 氧化物透明陶瓷的制备要 困难一些，这是由于非氧 化物具有比较低的烧结活 性以及非氧化物中杂质含 量高，尤其是氧含量高。