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氧化铝透明陶瓷资料是个实现透明的陶瓷资料。它存在耐高温、耐腐化、高强度、高硬度、化学牢固性跟生物相容性等结构陶瓷所固有的属性，同时具备透光这一功能属性，已经在能源、机械、军工、电子、半导体、医学等高技巧范畴得到越来越多的利用。

图1 (a)透明氧化铝托槽 (b)透明氧化铝装甲

　　1. 氧化铝透明陶瓷及其制备技巧

自二十世纪六十年代美国通用公司发明了个氧化铝透明陶瓷以来，在半个多世纪里，陶瓷范畴的科研工作者们通过改进氧化铝透明陶瓷的成型与烧结工艺，使得氧化铝透明陶瓷在力学、光学以及产业化利用方面均获得了宏大进步。

1.1 透明陶瓷的定义及影响因素

德国Fraunhofer研究所Krell等人严格辨别了“透明”与“半透明”两个概念，Krell等人认为只有与物体隔着一定间隔而仍然存在良好透明度的陶瓷才是透明陶瓷，否则只能称为半透明陶瓷。我国个别认为直线透光率在可见光区域的值超过15%可称为透明陶瓷。

图2 半透明、介质透明与全透明陶瓷

光芒透过陶瓷多晶体的光芒丧失重要包含三局部：名义反射丧失，对氧化铝而言个别为7~8%；第二相丧失，因为第二相与陶瓷基体的折射率有明显差别而造成的光芒丧失。如氧化物陶瓷折射率个别为1.3~2.7，而气孔即光芒在空气中的折射率为1.003；所有非等轴晶系的晶界上均存在双折射，双折射可产生额定光散射。如氧化铝陶瓷晶界的两个折射率为1.760跟1.768。因此，影响陶瓷透明性的因素包含气孔率，晶粒尺寸，晶体结构对称性，晶界结构，名义加工光洁度等。

1.2 氧化铝透明陶瓷的制备技巧

从1.1中咱们可得悉，氧化铝透明陶瓷在制备进程中对各方面的请求都很高，在生产进程中常波及的制备技巧重要包含以下多少个局部。

粉末原料

制备氧化铝透明陶瓷对原始粉末的请求高，须要满意纯度、粒度、晶型三个方面的请求。纯度须高于99.9%，粒度个别为亚微米级甚至纳米级，晶型为α相。目前通常采取碳酸铝铵或硫酸铝铵热解法制备这类α-Al2O3粉末。

烧结助剂

为了实现氧化铝陶瓷的高度致密化，个别须要加入微量的烧结助剂。MgO是为经典的制备氧化铝透明陶瓷的烧结助剂，高纯Al2O3烧结进程中加入少量MgO可有效克制晶粒过分长大。

对于MgO在克制Al2O3晶粒异样成长的作用机理，目前尚未达成共鸣，有关说明重要包含：

晶界上溶质偏析，通过溶质拖拽机制克制晶粒的不连续成长。

晶界上第二相钉扎克制晶粒的不连续成长。

通过缺点结构的转变晋升与晶粒成长速率相干的烧结速率。

此外，还可利用Y2O3、La2O3、TiO2、Mn

　　O、CaO等，也可将这些氧化物与MgO进行多元共渗，多元助烧剂共渗有利于透明度的进步。

图3 TiO2/CaO助烧剂共渗热等静压抑备的氧化铝透明陶瓷扫描照片

烧结方法

通例的烧结方法无奈满意制备氧化铝透明陶瓷的请求，制备透明陶瓷常用的烧结方法有：气氛与真空烧结、热等静压烧结、放电等离子体烧结等。

a. 气氛与真空烧结

通过常压烧结制备的氧化铝陶瓷通常会有1~3%的残余气孔，而通过在真空或者气氛中烧结可使氧化铝坯体产生大量氧空位，加速O2-的扩散，使坯体致密化速率加快，这样可能使残余气孔更轻易消除。

b. 热等静压烧结

热等静压(HIP)是一种集高温、高压于一体的工艺生产技巧，加热温度可能达到2000℃；通过以密闭容器中的高压惰性气体或氮气为传压介质，其工作压力可达200MPa以上。在高温高压的作用下，可能将常压烧结下难以消除的闭口气口消除，可制备出高透明度的亚微米级氧化铝陶瓷。因为利用此种方法制备的氧化铝透明陶瓷晶粒尺寸渺小，使得陶瓷的机械机能十分优良。

图4 热等静压烧结炉示用意

c. 放电等离子体烧结

放电等离子烧结(SPS)是将原料粉末装入石墨等材质制成的模具内，利用上、下模冲及通电电将特定烧结电源跟压抑压力施加于原料粉末，经放电活化、热塑变形跟冷却实现烧结进程。因为SPS可能疾速烧结跟可在较低温度下实现精巧陶瓷结构的致密化，近多少年被普遍天时用于制备氧化铝透明陶瓷。

图5 放电等离子烧结示用意

　　2. 氧化铝透明陶瓷的利用

氧化铝透明陶瓷存在优良的光学机能而且耐高温，照明范畴是氧化铝透明陶瓷早的利用范畴。高压钠灯是一种发光效力很高的电光源，但在钠灯蒸汽放电时会产生1000℃以上的高温，存在很强的腐化性，在发明利用了氧化铝透明陶瓷后才使得高压钠灯得到了实际的利用，重要用于途径、港口、机场、车站、广场、建造物的泛光照明等场合。

氧化铝透明陶瓷除用于照明范畴外，还存在很普遍的用处。

在机械产业中，可能用来制造车床上的高速切削刀、汽轮机叶片、喷气发念头的整机等；

在化学产业中，可能用作高温耐腐化资料以取代传统资料等；

在国防军事中，氧化铝透明陶瓷可能做成导弹等飞翔器的窗口跟整流罩等；

在仪表产业中，可能用作高硬度资料以取代各类宝石等；

在电子产业中，可能用来制造印刷线路的基板等；

在日用生活中，可能用来制造各种高等器皿、餐具等。