自打20世纪60年代初美国GE公司的Coble研发出了第一块半透明的氧化铝陶瓷,开辟出新的陶瓷研究方向后,透明陶瓷的发展就以一日千里的速度行进着,先后出现了Y2O3、MgO、MgAl2O4、Y3Al5O12、AlON、PLZT、CaF2等几十种透明陶瓷材料。那么这些透明陶瓷都分别有什么特性?它们的制备都有哪些要点?本文将对此进行简单的介绍。氧化铝透明陶瓷 目前,透明氧化铝陶瓷除了用于高压钠灯,现在已用在新型照明的金属卤化物灯中作为发光管。此外作为生物陶瓷用作牙齿矫正中的陶瓷托槽。 制备要点:制备氧化铝陶瓷的关键是消除残余气孔。气孔与透明陶瓷的折射率相差最大,所以气孔的数量和大小对散射损失的影响最大。 氧化镁透明陶瓷氧化镁透明陶瓷属立方晶系,晶格常数为0.42nm,折射率为1.,光学性能具有各向同性。相比于现有红外窗口材料(如蓝宝石、尖晶石、MgF2等)具有更长的透过率截止波长,特别是MgO具备极低的高温辐射系数。此外,MgO陶瓷具有出色的热学及机械性能,熔点高达℃,是一种优秀的红外窗口候选材料。 (a)不同LiF添加量的MgO陶瓷样品的透过率及实物照片; (b)添加1wt%LiF的MgO陶瓷热腐蚀表面SEM图 制备要点:但MgO高温缺氧气氛下易蒸发或升华损失。因此,透明MgO陶瓷制备常采用热压烧结或热等静压烧结。此外,在MgO粉料中添加少量的LiF、NaF等烧结助剂,以便形成液相促进致密化烧结而成为透明体。 氧化钇透明陶瓷氧化钇(Y2O3)透明陶瓷熔点高,化学和光化学稳定性好,光学透明性范围较宽(0.23~8.0μm);在nm处,其折射率高达1.89,使其具有80%以上的理论透过率;具有足以容纳大多数三价稀土离子发射能级的、较大的导带到价带的带隙,可以通过稀土离子的掺杂,实现发光性能的有效裁剪,从而实现其应用的多功能化;声子能量低,其最大声子截止频率大约为cm–1,低的声子能量可以抑制无辐射跃迁的几率,提高辐射跃迁的几率,从而提高发光量子效率;热导率高,约为13.6W/(m·K),高的热导率对其作为固体激光介质材料极为重要。 因此,氧化钇一直是透明陶瓷领域中的研究重点,它属立方晶系,具有光学性能的各轴同向性,与透光氧化铝的异方性相比影像较不失真,因此逐渐被高阶的镜头或是军事光学窗所重视与发展。 #日本神岛化学公司研制的氧化钇透明陶瓷制备要点:采用热压烧结制备Y2O3透明陶瓷,热压烧结可不使用添加剂,也可使用LiF作为添加剂。在真空下施加69~83MPa的压力,℃左右烧结48h,可得到Y2O3透明陶瓷。烧结助剂在透明Y2O3陶瓷制备中是非常重要的,这些添加剂包括LiF、Nd2O5、Yb2O3、ThO2、Er2O3、La2O3等。 镁铝尖晶石透明陶瓷镁铝尖晶石(MgAl2O4)属于立方晶系,具有光学各向同性的特性,因此这种材料可以具有比六方晶系Al2O3更高的透明度;对于可见光、紫外光和红外光均具有良好的透过率。1mm厚的陶瓷在可见光波段透过率超过80%,而在近红外光区nm波长的直线透过率达到83.4%,接近MgAl2O4陶瓷的理论光学透过率。 MgAl2O4陶瓷具很高的强度、硬化物理稳定性,是一种好的光学材料,可以用于红外窗口、元件制导球罩等领域。 #不同温度下热压烧结2小时制备的MgAl2O4陶瓷的直线透过率制备要点:常用的工艺一般是在尖晶石粉末中引入0.5-1.5wt%LiF作为助烧剂,于-℃进行热压或在-℃真空烧结,然后再于-℃范围,MPa压力下进行热等静压烧结。促进MgAl2O4透明陶瓷烧结和致密化的添加剂有LiF,CaCO3+LiF,CaO,B2O3,AlCl3,AlF3,Na3AlF6。 钇铝石榴石激光透明陶瓷自80年代中期,人们开始重点
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