1、第二节、透明氧化铝陶瓷,1、概述 特点：陶瓷固有的耐高温、耐腐蚀、高绝缘高强度特性又具有玻璃的光学性能。玻璃与陶瓷的主要差别： 玻璃:“均匀的，无定形的； 陶瓷:结晶的、多相的。 透明陶瓷和一般陶瓷一样具有多晶结构，但一般不是多相的，晶界也比较特殊，有相当高的透明度。,1958年美国通用电气公司，在高纯度的Al2O3中添加微量MgO，在真空或氢气中进行烧结，制出透过光线的氧化铝陶瓷。这种透光性氧化铝，对可见光及红外光有良好的透光性，所以被用作高发光效率的高压钠灯的发光管。另外，利用其透光性也被用作高温下检测红外线的窗口材料，单晶氧化铝的蓝宝石、含有Cr2O3的Al2O3单晶的红宝石，它可作为固
2、体激光器的振荡元件材料。,陶瓷不透明原因 ： 气孔、杂质、晶界、晶体结构,陶瓷体显微结构中含有相当多的气相，这种分散在陶瓷体内的微小气泡，形成了极其有效的光散射中心。 不同取向晶粒之间的明显晶界，某些杂质、裂纹等，具有不同的反射面，也将无规则地多次改变光的传授方向，使陶瓷失去透明性。 反射和吸收。,式中：T0：入射光强度； I： 透射光强度 a： 多晶体的吸收系数，厘米-1 t： 微气孔平均直径，微米 tV：微气孔有效厚度，微米； dV：微气孔平均直径，微米 na：多晶体的折射率 nV：微气孔的折射率，近似等于1 ：入射光波长，微米 c：常数，通常取7,使陶瓷具有透光性，必须具备下面的条件,晶
3、相选择： 晶相应为等轴晶系（不存在双折射）晶体 例：Y2O3，MgO，MgAl2O4等都是等轴晶系的晶体。利用这类物料作主晶相，由于不具有双折射（在晶界上不造成明显折射和散射），就易于使陶瓷材料具有良好的透光性。,非等轴晶系的晶相，主晶相的双折射应该很小。 例：Al2O3为三方晶系，双折射率很小（0.008）。 各向异性很强的晶粒，在晶粒生长过程中也易于造成不够紧密的结构，而影响透光性。事实上：非等轴晶系主晶相的晶格偏离等轴晶格的程度应很小，偏离程度愈大，愈难于用以制得透光性良好的陶瓷。（四方晶系铁电晶体的自发畸变通常定义：1-c/a，对于三方晶系铁电晶体的自发畸变则可用：90-表示。愈大，制
4、得的透明陶瓷的透光性愈差。,充分致密、无气孔的陶瓷是具有良好的透光性的必要条件（理论密度大于99.5%）。 采用适当的促进烧结的加入物，制备充分致密的无气孔陶瓷。加入物应具有抑制晶粒成长的作用，避免二次再结晶过程的出现。 在生产透明Al2O3陶瓷时，采用MgO加入物在Al2O3晶界上可生成尖晶石MgAl2O4第二相，阻碍晶界移动，抑制晶粒成长，保证晶粒内部的气孔充分排除。 尖晶石折射率（1.72），Al2O3的折射率（1.76）,当加入物的采用生成第二晶相时，采取适当措施调整第二晶相的折射率 ，使之尽可能接近主晶相的折射率，则光线穿过第二相及其界面时的折射和散射作用将消弱，透光性将增强。 在A
5、l2O3陶瓷中同时引入MgO及La2O3+Y2O3，加入物具有调整第二相尖晶石的折射率，使之向刚玉的折射率靠近。,采用高纯原料（纯度大于99%），把原料的杂质含量限制在最低限度。 原料中能形成不饱和的d外层电子的离子化合物（过渡元素Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Mn、V等的化合物），在生产透明陶瓷时特别有害，因从这类化合物离子的电子组态考虑，d外壳层的电子极易分裂成具有1-2eV的能量差的两种能级，吸收可见光，使光的吸收系数增大，从而降低透光性。 原料应为高分散的，粒度最好在0.3um以下。,成型：成型后的理论密度应大于理论密度的85%才能获得良好的透明陶瓷。烧成：氢气或在真空下（真空度310-4汞柱）进行，1700-1800，1-5h。热压和热等静压烧结,性能更好.抛光透明氧化铝瓷透射光波的范围：0.15-6.5u，对于红外线（波长0.77u的电磁波）的透光率比石英玻璃好.,
