透明陶瓷研究现状及展望

透明陶瓷以其优异的综合性能已成为-种新型的、备受瞩目的功能材料.综述了透明陶瓷的国内外发展现状,探讨了影响透明陶瓷透光性的因素和制备工艺,并展望了透明陶瓷的应用前景.     

电真空陶瓷表面斑点新探

应用SEM微区分析和小束XRD扫描，对95％氧化铝电真空陶瓷金属化后的表面斑点等异常现象进行剖析。确认了表面黑点是由变价金属离子形成的；花斑的形貌并无异常，而其物相结构与正常陶瓷相比，缺乏硅酸铝钙相，且有少量新相生成；透光性差的陶瓷有明显的异相形成。此外，还证实了陶瓷表面的晶化现象。     

大韩矿业有意在我国投资稀土等产品

酸铅陶瓷（PLZT）是一种透明铁电电光陶瓷，日本己把PLZT透明铁电陶瓷薄膜列入40项重大研究课题之一，预测21世纪后将作为电光器件进入商业性应用，它可以广泛应用于闪光护光镜、滤色器、显示器、图像贮存、薄膜光学开关等。把含有10mol％ThO2的Y2O3在氢气中于2100℃烧结6h，制成了透光性很好的Y2O3透明陶瓷，它在红外装置、高温实验用装置及电子元件等方面均有多种用途，     

透明陶瓷研究和应用正处在快速发展前期

透明陶瓷的深入研究和实际应用正处于快速发展的前期,科学界应抓住时机,提升我国在这一前沿领域的国际地位,促进该领域相关高科技产品和高技术产业的发展。透明陶瓷不仅具有优异的透光性,其作为陶瓷所具有的高强度、高硬度、高透明度、耐腐蚀、耐高温等性能远优于一般光学材料,可用它制成各种用途的电．光、电．机军民两用器件,在节能、医学、激光、检测、勘探等方面均有广泛应用前景。高性能透明陶瓷是当前材料领域研究和应用的重要前沿方向。     

α-Sialon透明陶瓷的研究进展

α-Sialon透明陶瓷具有优异的力学性能、化学稳定性以及抗热震性,被认为是一种具有潜在应用价值的光学材料。综述了各种稀土离子以及碱(土)离子Li+、Mg2+、Ca2+稳定的α-Sialon透明陶瓷的研究现状,介绍了α-Sialon透光性的影响因素及最新进展,最后对α-Sialon透明陶瓷未来的发展进行了展望。     

透光性木材功能化改性研究进展

透光性木材是将折射率与纤维素匹配的透明高分子材料浸渍于脱木质素或保留木质素的改性木材中,制备而成的一种具有透明光学性能、优异力学性能、可生物降解的新型生物质材料.透光性木材不仅解决了木材不具有透光性的问题,还缓解了目前能源危机和环境污染问题.近年来,透光性木材受到国内外的广泛关注,研究者们致力于对透光性木材的功能化改性,从而改善透光性木材的透光率、雾度、强度、磁性、发光、隔热等性能,并取得了显著的成果.本文深度总结了透光性木材功能化改性的研究进展,阐述了透光性木材的光学原理和制备方法,归纳了透光性木材功能化改性的方法,介绍了透光性木材在建筑材料、磁性材料、光电材料中的应用情况,并对其发展趋势进行了展望,提出了透光性木材功能化改性亟待解决的难题.     

煅烧气氛对Sol-gel制备MgAl2O4粉体烧结性能的影响

分别研究了空气气氛和氧气气氛下煅烧对溶胶凝胶制备MgAl₂O₄粉体性能的影响,并通过真空热压烧结成功制备出具有一定透光性的MgAl₂O₄透明陶瓷。用XRD、BET、SEM和TMA对粉体性能进行了分析。结果表明,煅烧气氛对粉体团聚状态和烧结活性有明显地影响;氧气气氛煅烧后粉体具有较小的粒径、较高的分散性和烧结活性;氧气气氛1 100℃煅烧后粉体经较低的1 500℃真空热压烧结后成功制备出具有一定透光性的MgAl₂O₄透明陶瓷(可见光波长范围透过率36%～47%)。     

基于光固化增材制造技术的陶瓷成形方法

目的 利用光固化增材制造技术成形复杂形状陶瓷零件。方法 以光敏树脂和陶瓷粉体混合得到氧化铝和氧化硅陶瓷浆料,浆料固体含量体积分数均超过55%。采用基于数字光处理技术的光固化增材制造设备,设计了一种栅栏式刮刀,可实现打印过程中高固含量浆料的均匀涂层和搅拌。光源波长为405 nm,面光源像素尺寸为50 μm,最小分层厚度为10 μm。在5 mW/cm2光强下分层曝光,分析在不同粉体的浆料固化性能,得到陶瓷坯体,经过脱脂烧结,完成陶瓷成形。结果 氧化硅浆料的透光性明显强于氧化铝浆料,氧化铝浆料的临界曝光强度更容易引发固化反应,测试件最小壁厚为0.2 mm,最小可成形孔为0.1 mm,并对氧化铝齿轮、螺钉、镂空摆件及氧化硅陶瓷型芯等复杂结构的陶瓷零件进行了验证。结论 基于光固化成形的增材制造可以实现高精度的复杂陶瓷零件成形,对拓展陶瓷成形方法具有重要意义。     

透明自愈合聚合物材料的构性关系研究进展

透明聚合物在使用过程中由于磨损、冲击等,可能造成材料力学性能和透光性的损伤或降低,而自愈合能修复其力学性能和透光性,延长使用寿命,故受到学者们的广泛关注。微相分离结构有助于聚合物的自愈合,也会影响聚合物材料的透光性,从构性关系的角度综述了聚氨酯、聚硅氧烷、丙烯酸聚合物等透明自愈合材料,并进行了展望。     

烧结助剂对Nd∶YAG透明陶瓷微观结构和激光性能的影响

通过烧结Y_2O_3,Al_2O_3和Nd_2O_3粉体注浆的陶瓷胚体制备了Nd∶Y_3Al_5O_(12)(Nd∶YAG)透明陶瓷,研究了MgO和TEOS烧结助剂对陶瓷微观结构的影响和助烧结机理,分析了微观结构对陶瓷激光性能的影响。研究结果表明不加入烧结助剂,烧结后的样品晶界处存在大量的气孔,加入0.1%的MgO后,气孔数量减少,晶粒粒径变小,能够抑制晶界出现杂相,TEOS在陶瓷烧结过程形成的液相有助于气孔的排除。通过调节烧结助剂和烧结时间,制备出透光性达到83.1%的Nd∶YAG透明陶瓷,实现了1.4 W的激光输出。     

高光效、大功率LEDs/LDs用Ce:YAG透明陶瓷

Ce:YAG透明陶瓷可与蓝光LEDs/LDs复合, 用于大功率白光LEDs/LDs。本研究通过调整Ce:YAG透明陶瓷的厚度和Ce³⁺的掺杂浓度, 将组装器件的发射光谱和色坐标从冷白区调整到暖白区。以高纯(≥99.99%)商业粉体α-Al₂O₃、Y₂O₃、CeO₂为原料, 采用固相反应法制备了(Ce_xY_1-x)₃Al₅O₁₂ (x=0.0005、0.0010、0.0030、0.0050、0.0070和0.0100)透明陶瓷。陶瓷素坯在1750 ℃真空烧结20 h(真空度5.0×10^-5 Pa), 之后在马弗炉中退火1450 ℃×10 h。不同掺杂浓度Ce:YAG陶瓷(厚度分别为0.2、0.4、1.0 mm)在800 nm处的直线透过率均大于79%。Ce:YAG荧光陶瓷的热导率随着测试温度和掺杂浓度的增加而降低。采用有限元方法模拟不同厚度的Ce:YAG陶瓷和LED组装的热分布, 比较了三种封装方式的热分布。将Ce:YAG荧光陶瓷与LEDs/LDs复合, 制备出色坐标分别为(0.3319, 0.3827)和(0.3298, 0.3272)的白光, 发光效率分别为122.4和201.5 lm/W。将Ce:YAG荧光陶瓷和10、50 W商用蓝光LED芯片组合成熟灯具, 可用于商业用途。Ce:YAG透明陶瓷在大功率照明和显示的彩色转换材料应用领域极具潜力。     

透明陶瓷——无机材料研究与发展重要方向之一

透明陶瓷是在纳米材料科学与技术和先进陶瓷制备科学发展的基础上,集结构与功能一体化于一身的重要材料,它将为国民经济各个领域的发展和国防工业中高科技项目的发展提供关键材料.同时陶瓷从传统不透明→半透明→接近完全透明涉及到大量基础科学问题,尤其是材料的微结构（包括气孔、晶界、晶粒尺寸、形貌等等）对光物理的影响还不十分清楚,因此作为无机材料研究与发展的重要方向之一,需要化学、物理、材料、激光等各个学科领域的共同努力.本文着重介绍透明陶瓷的研究进展.     

聚丙烯酸铵和柠檬酸铵分散剂对钇铝石榴石陶瓷透光率的影响

使用超声波-微波辅助的醇盐水解沉淀法合成了Y_3Al_5O_(12)(YAG)前驱体,加入烧结助剂及分散剂后真空烧结制备了YAG透明陶瓷,并对添加不同分散剂烧成的YAG透明陶瓷的晶相结构、微观形貌及光学性能进行了表征。结果表明:添加不同分散剂均可获得纯相YAG透明陶瓷;添加聚丙烯酸铵(NH_4PAA),晶粒之间没有明显的晶界,且气孔较大;添加柠檬酸铵(AC),晶粒分散良好,平均晶粒尺寸约为3μm。未添加分散剂时,YAG透明陶瓷在近红外波段处透光率为76%;添加NH_4PAA时,透明陶瓷透光率较低,仅为51%;而添加AC后透明陶瓷透光率可达到78%。添加AC能够细化YAG透明陶瓷晶粒,促进残余气孔排出,从而使YAG透明陶瓷获得更高的透光率。     

Translucent PMN and PMN-PT ceramics from high-energy ball milling derived powders

Translucent PMN and PMN-PT ceramics were prepared from nano-sized powders produced by a high-energy ball milling process. A two-step process was used to achieve the translucent PMN and PMN-PT ceramics, in which samples were sintered at 950°C for 1 h at first and then annealed at 1100°C for 6-24 h. Transmittances at 600 nm wavelength of the PMN, PMN-0.10PT and PMN-0.35PT ceramics annealed for 12 h were 21, 16 and 11%, respectively. The formation mechanism of translucent PMN and PMN-PT ceramics in the present work is similar to that of transparent PLZT ceramics.     

透明陶瓷材料现状与发展

透明陶瓷的诞生使得高压钠灯得到实际应用.近年来通过透明陶瓷技术可以解决单晶工艺中的某些难题,并发展多晶代替单晶开发出了激光陶瓷、陶瓷闪烁体等新一代光学材料.本文就透明陶瓷的现状和发展作一简要综述.     

Nd∶YAG激光透明陶瓷的研究进展

作为新一代固体激光增益介质,Nd∶YAG透明陶瓷以容易制造、成本低、易于实现大尺寸生产等优势,正逐步取代单晶和玻璃材料,应用前景十分广阔。从Nd∶YAG透明陶瓷光学质量的提升、激光输出特性以及实现Nd∶YAG透明陶瓷高功率激光输出3个方面,分别回顾并总结了我国、日本、美国、欧洲和俄罗斯关于Nd∶YAG激光透明陶瓷的研究进展,并概述了我国及日本关于复合结构及共掺杂Nd∶YAG透明陶瓷的发展情况。最后总结并展望了当前Nd∶YAG激光透明陶瓷的发展趋势和存在的主要问题。     

微波低温烧结制备氮化铝透明陶瓷

微波烧结(Microwave Sintering)是一种新型、高效的烧结技术, 具有传统烧结技术无可比拟的优越性. 本文在不添加任何烧结助剂的前提下, 采用高纯微米级氮化铝(AlN)粉, 在1700℃/2h的微波低温烧结工艺条件下制备出透明度较高的AlN透明陶瓷. 分析结果表明, 采用微波低温烧结工艺制备的AlN透明陶瓷晶粒尺寸细小(<10μm), 晶粒发育完善且分布均匀, 晶界平直光滑且无第二相分布, 从而证明用微波烧结可以实现AlN透明陶瓷的低温烧结.     

磁光透明陶瓷的研究进展

磁光材料是指从紫外到红外波段具有磁光效应的光功能材料, 按照材料的类型可将其分为磁光玻璃、磁光晶体、磁光透明陶瓷等。其中, 磁光透明陶瓷是近年来出现的一种新型磁光介质材料, 具有高Verdet常数、大尺寸、高热导率、高激光损伤阈值等优点, 因而是用于高功率激光器中法拉第隔离器最理想的材料之一。目前已经报道的磁光透明陶瓷材料主要包括铽镓石榴石(Tb₃Ga₅O₁₂, TGG)陶瓷、铽铝石榴石(Tb₃Al₅O₁₂, TAG)陶瓷以及一些倍半氧化物陶瓷, 如氧化铽(Tb₂O₃)陶瓷、氧化钬(Ho₂O₃)陶瓷、氧化镝(Dy₂O₃)陶瓷等。本文首先介绍了几种常见的磁光效应, 详细阐述了法拉第效应和克尔效应的基本原理。着重对几种磁光透明陶瓷材料的研究进展、材料性能、应用前景进行了综述和介绍, 并对这几种磁光透明陶瓷的性能进行了比较和分析, 指出了它们存在的问题和今后的研究方向。     

氧化锌透明陶瓷光学透过模型构建与实验验证

本研究以ZnO透明陶瓷为研究对象, 基于Mie理论及Rayleigh-Debye近似散射理论, 建立了单轴六方晶系透明陶瓷的双折射散射与其直线光学透过率之间关联的理论模型, 阐明了ZnO透明陶瓷光学直线透过率随晶粒尺寸减小、陶瓷织构度的提升而增大的关系。采用强磁场下的注浆成型工艺结合优化放电等离子体烧结参数, 实现了ZnO透明陶瓷显微结构的有效调控, 使得制备的ZnO透明陶瓷符合模型要求。实验结果表明: 当ZnO陶瓷平均晶粒尺寸从1.72 μm减小至0.66 μm时, 其600 nm处的直线透过率从5.1%提高到12.9%; 对于亚微米级ZnO陶瓷(平均晶粒尺寸0.35 μm), 当陶瓷织构度从4.0%提高到24.7%时(XRD计算), 样品光学直线透过率从21.6%提升到36.6%。所获得实验结果与构建的理论模型计算结果吻合, 证实了所构建的模型。