透明陶瓷

書 名: 透明陶瓷

作 者:施劍林，馮濤

出版社: 上?？茖W(xué)普及出版社

出版時(shí)間: 2008-12-1

ISBN: 9787542742308

開本: 16開

定價(jià): 50.00元

透明陶瓷是先進(jìn)陶瓷材料中十分獨(dú)特的一個(gè)分支。就其化學(xué)組分、相結(jié)構(gòu)和制備工藝以及發(fā)展而言，透明陶瓷是當(dāng)前先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域中化學(xué)與相組成最為純凈、致密度最高、工藝要求嚴(yán)格，同時(shí)性能要求最苛刻的一類陶瓷材料。本書一方面較全面地介紹了國內(nèi)外特別是我國在透明陶瓷研究與開發(fā)中的進(jìn)展，另一方面也以較為通俗的語言介紹了透明陶瓷的知識(shí)、發(fā)展和應(yīng)用，可為更廣泛的讀者較全面了解透明陶瓷這一領(lǐng)域提供參考。第一章簡要介紹透明陶瓷的概念和光學(xué)透明特性;第二章主要介紹并討論了透明陶瓷的工藝;第三章主要介紹了燈用透明陶瓷氧化鋁陶瓷部件的制備與應(yīng)用;第四章論述了激光陶瓷的發(fā)展以及我所在這方面的部分研究進(jìn)展;第五章介紹透明閃爍陶瓷，重點(diǎn)介紹了我所在這方面最新的工作;第六章簡述了透明陶瓷在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用;第七章是總結(jié)與展望。

一般陶瓷是不透明的，但是光學(xué)陶瓷像玻璃一樣透明，故稱透明陶瓷。一般陶瓷不透明的原因是其內(nèi)部存在有雜質(zhì)和氣孔，前者能吸收光，后者令光產(chǎn)生散射，所以就不透明了。因此如果選用高純?cè)希⑼ㄟ^工藝手段排除氣孔就可能獲得透明陶瓷。早期就是采用這樣的辦法得到透明的氧化鋁陶瓷，后來陸續(xù)研究出如燒結(jié)白剛玉、氧化鎂、氧化鈹、氧化釔、氧化釔-二氧化鋯等多種氧化物系列透明陶瓷。近期又研制出非氧化物透明陶瓷，如砷化鎵、硫化鋅、硒化鋅、氟化鎂、氟化鈣等。

最早是使用在燈具上。高壓鈉燈是一種發(fā)光效率很高的電光源，但在鈉蒸氣放電時(shí)產(chǎn)生1000℃以上的高溫，具有很強(qiáng)的腐蝕性，玻璃燈管根本沒法耐受，所以高壓鈉燈一直沒能問世，直到有了透明陶瓷，上海狼影高莊鈉燈才得到實(shí)際應(yīng)用，除高壓鈉燈外，透明陶瓷還使用于其它新型燈具，如銫燈、銣燈、鉀燈等。

電焊工人操作時(shí)，要不斷地把面罩舉起拿下，十分不方便。有一種鋯鈦酸鉛鑭透明鐵電陶瓷，能透光，耐高溫，用它造成具有夾層的護(hù)目鏡，能根據(jù)光線的亮暗自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，有了這種護(hù)目鏡，電焊工人工作起來就十分方便。這種護(hù)目鏡，正在核試驗(yàn)工作人員和飛行員中得到廣泛的作用。

響尾蛇導(dǎo)彈頭部的紅外探測(cè)器，外面有一個(gè)整流罩，它不僅要有足夠的強(qiáng)度，還要能透過紅外線，以確保導(dǎo)彈能跟蹤敵機(jī)輻射的紅外線。擔(dān)當(dāng)此任的材料只有透紅外陶瓷，響尾蛇導(dǎo)彈的整流罩就是用透紅外陶瓷做的。

美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室與美國Surmet公司一起對(duì)以特殊透明陶瓷為基礎(chǔ)的新型防彈護(hù)板進(jìn)行了試驗(yàn)，最近幾年Surmet公司一直堅(jiān)持研究這種透明陶瓷。

新型材料進(jìn)入市場(chǎng)的商標(biāo)為ALON，它是"氮氧化鋁"的縮寫，ALON是一種多晶體，并且完全是透明的，其晶粒大小為80~250微米。從外表看ALON板就像藍(lán)寶石，ALON的化學(xué)公式為Al(64+x)/3O32-xNx，式中的X可以從2到5。

在最近的試驗(yàn)中由幾層ALON、玻璃和聚合物組成的雙層中空玻璃出色地經(jīng)受了從7.62毫米口徑手槍連續(xù)射出的穿甲彈，同時(shí)雙層中空玻璃的重量比普通防彈玻璃輕一半。

ALON可以在各個(gè)領(lǐng)域找到廣泛應(yīng)用，例如利用它可以制成特別耐磨損的超市條碼掃描器窗口。但是要大量推擴(kuò)應(yīng)用ALON的障礙是其價(jià)格比傳統(tǒng)防彈玻璃貴3~5倍，此外還需要對(duì)建造新型爐子進(jìn)行大量投資，以便能制取在工業(yè)規(guī)模中應(yīng)用的大量材料。但是ALON的低重量與高強(qiáng)度比產(chǎn)品的價(jià)格更為重要，它已經(jīng)顯示出其不可替代的優(yōu)點(diǎn)。

這些透明陶瓷不僅有優(yōu)異的光學(xué)性能，而且耐高溫，一般它們的熔點(diǎn)都在2000℃以上。如氧化釷-氧化釔透明陶瓷的熔點(diǎn)高達(dá)3100℃，比普通硼酸鹽玻璃高1500℃。透明陶瓷的重要用途是制造高壓鈉燈，它的發(fā)光效率比高壓汞燈提高一倍，使用壽命達(dá)2萬小時(shí)，是使用壽命最長的高效電光源。高壓鈉燈的工作穩(wěn)定高達(dá)1200℃，壓力大、腐蝕性強(qiáng)，選用氧化鋁透明陶瓷為材料成功地制造出高壓鈉燈。透明陶瓷的透明度、強(qiáng)度、硬度都高于普通玻璃，它們耐磨損、耐劃傷，用透明陶瓷可以制造防彈汽車的窗、坦克的觀察窗、轟炸機(jī)的轟炸瞄準(zhǔn)器和高級(jí)防護(hù)眼鏡等。

透明陶瓷的制造是有意識(shí)地在玻璃原料中加入一些微量的金屬或者化合物(如金、銀、銅、鉑、二氧化鈦等)作為結(jié)晶的核心，在玻璃熔煉、成型之后，再用短波射線(如紫外線、X射線等)進(jìn)行照射，或者進(jìn)行熱處理，使玻璃中的結(jié)晶核心活躍起來，彼此聚結(jié)在一起，發(fā)育成長，形成許多微小的結(jié)晶 ，這樣，就制造出了玻璃陶瓷。用短波射線照射產(chǎn)生結(jié)晶的玻璃陶瓷，稱為光敏型玻璃陶瓷，用熱處理辦法產(chǎn)生結(jié)晶的玻璃陶瓷，稱為熱敏型玻璃陶瓷。

透明陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度和硬度都很高，能耐受很高的溫度，即使在一千度的高溫下也不會(huì)軟化、變形、析晶。電絕緣性能、化學(xué)穩(wěn)定性都很高。光敏型玻璃陶瓷還有一個(gè)很有趣的性能，就是它能象照相底片一樣感光，由于這種透明陶瓷有這樣的感光性能，故又稱它為感光玻璃。并且它的抗化學(xué)腐蝕的性能也很好，可經(jīng)受放射性物質(zhì)的強(qiáng)烈輻射。它不但可以象玻璃那樣透過光線，而且還可以透過波長10微米以上的紅外線，因此，可用來制造立體工業(yè)電視的觀察鏡，防核爆炸閃光危害的眼鏡，新型光源高壓鈉燈的放電管。

透明陶瓷的用途十分廣泛，在機(jī)械工業(yè)上可以用來制造車床上的高速切削刀，汽輪機(jī)葉片，水泵，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的零件等，在化學(xué)工業(yè)上可以用作高溫耐腐蝕材料以代替不銹鋼等，在國防軍事上，透明陶瓷又是一種很好的透明防彈材料，還可以做成導(dǎo)彈等飛行器頭部的雷達(dá)天線罩和紅外線整流罩等;在儀表工業(yè)上可用作高硬度材料以代替寶石，在電子工業(yè)上可以用來制造印刷線路的基板和鏤板，在日用生活中可以用來制作各種器皿，瓶罐，餐具等等。

第一章 透明陶瓷概述及其光學(xué)透明性的影響因素

第二章 透明陶瓷的制備工藝

第三章 透明陶瓷材料在照明行業(yè)中的應(yīng)用

第四章 激光陶瓷

第五章 無機(jī)閃爍陶瓷材料

第六章 透明陶瓷在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

第七章 無機(jī)光學(xué)透明陶瓷材料的研究與發(fā)展展望

第一章 透明陶瓷概述及其光學(xué)透明性的影響因素

§1.1 透明陶瓷簡介

1.1.1 基本概念

1.1.2 透明陶瓷的種類

一、按組分劃分

二、按功能劃分

§1.2 影響陶瓷透明性的因素

1.2.1 陶瓷的透光原理

1.2.2 影響陶瓷透明性的因素

一、原料(粉體)的影響

二、燒成工藝

三、陶瓷微觀結(jié)構(gòu)對(duì)陶瓷透明性的影響

四、表面加工光潔度

小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第二章 透明陶瓷的制備工藝

§2.1 粉料制備

2.1.1 固相反應(yīng)-機(jī)械粉碎法

一、固相反應(yīng)合成物相

二、球磨機(jī)械粉碎

三、其他機(jī)械粉碎方法

2.1.2 化學(xué)合成法

一、醇鹽水解法

二、化學(xué)共沉淀法

三、溶膠-凝膠法

四、水(醇)熱法

五、燃燒法

六、噴霧熱解法

七、自蔓延高溫合成法

§2.2 成型工藝

2.2.1 干壓成型

2.2.2 等靜壓成型

2.2.3 注射成型

2.2.4 擠出成型

§2.3 燒結(jié)工藝

2.3.1 透明陶瓷燒結(jié)的基本要求

2.3.2 熱壓燒結(jié)

2.3.3 熱等靜壓燒結(jié)

2.3.4 真空與氣氛燒結(jié)

2.3.5 微波快速燒結(jié)

2.3.6 放電等離子快速燒結(jié)

2.3.7 激光燒結(jié)

2.3.8 低溫?zé)Y(jié)

2.3.9 納米透明陶瓷

參考文獻(xiàn)

第三章 透明陶瓷材料在照明行業(yè)中的應(yīng)用

§3.1 高強(qiáng)度氣體放電燈簡介

3.1.1 電光源的分類和綠色照明

3.1.2 高壓鈉燈

3.1.3 陶瓷金鹵燈

§3.2 國內(nèi)在透明陶瓷燈管制備方面的研究進(jìn)展

3.2.1 國內(nèi)發(fā)展近況

3.2.2 國際上有關(guān)高強(qiáng)度氣體放電燈管的關(guān)鍵技術(shù)

3.2.3 一體化陶瓷燈管制備技術(shù)研究

一、一體化陶瓷燈管用粉體的制備和改型

二、適合一體化透明陶瓷管制備的柔性成型技術(shù)

三、適合一體化透明陶瓷管制備的脫脂、燒結(jié)技術(shù)

§3.3 其他透明陶瓷材料在照明領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.3.1 釔鋁石榴石

3.3.2 氧化鋁單晶透明材料(藍(lán)寶石)

3.3.3 其他透明陶瓷

參考文獻(xiàn)

第四章 激光陶瓷

§4.1 激光原理

4.1.1 愛因斯坦的A、B系數(shù)

4.1.2 激光原理

§4.2 激光發(fā)展過程

4.2.1 激光發(fā)展過程

4.2.2 固體激光器的發(fā)展

§4.3 目前主要的激光材料

4.3.1 激光器件對(duì)激光工作物質(zhì)的要求

4.3.2 目前主要的激光材料

4.3.3 陶瓷材料作為激光工作物質(zhì)的可能性

一、目前激光工作物質(zhì)存在的主要問題

二、陶瓷作為激光工作物質(zhì)的可能性

三、目前激光陶瓷材料的研究進(jìn)展

§4.4 YAG基透明激光陶瓷

4.4.1 釔鋁石榴石的結(jié)構(gòu)與性能

一、石榴石的晶體結(jié)構(gòu)

二、Nd:YAG單晶的性質(zhì)

4.4.2 YAG粉體的合成技術(shù)

一、Y2O3-Al12O3二元系統(tǒng)相圖

二、YAG粉體的制備

4.4.3 透明YAG激光陶瓷的發(fā)展

4.4.4 YAG透明陶瓷的物理性能、光譜性能以及激光實(shí)驗(yàn)

4.4.5 YSAG透明陶瓷的物理性能、光譜性能以及激光實(shí)驗(yàn)

一、材料的光譜特性

二、激光輸出實(shí)驗(yàn)

三、激光實(shí)驗(yàn)結(jié)果

§4.5 透明倍半氧化物激光陶瓷的發(fā)展

參考文獻(xiàn)

第五章 無機(jī)閃爍陶瓷材料

§5.1 無機(jī)閃爍材料及其應(yīng)用概述

5.1.1 無機(jī)閃爍材料的概述

5.1.2 典型的無機(jī)閃爍材料

§5.2 閃爍材料的一些重要性能

5.2.1 透明性

5.2.2 X射線阻擋能力

5.2.3 光輸出

5.2.4 衰減速度和余輝

5.2.5 輻照損傷

§5.3 典型的稀土摻雜陶瓷閃爍體簡介

5.3.1 稀土摻雜陶瓷閃爍體概述

5.3.2 Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)(GOS)

5.3.3 Gd3Ga3O12:Cr，Ce(GGG)

5.3.4 (Y，Gd)2O3:Eu，Pr(YGO)透明閃爍材料

§5.4 稀土摻雜Y2O3-Gd2O3透明陶瓷閃爍體

5.4.1 結(jié)構(gòu)介紹

5.4.2 Y2O3-Gd2O3基材料的制備

一、Y2O3-Gd2O3基材料粉體的制備

二、氧化釔-氧化釓基薄膜的合成

三、氧化釔-氧化釓基透明陶瓷的燒結(jié)

5.4.3 氧化釔-氧化釓基材料的發(fā)光性能

一、稀土離子摻雜對(duì)于(Y，Cd)2O3:Eu發(fā)光相對(duì)強(qiáng)度的影響

二、其他離子摻雜對(duì)(Y，Gd)2O3:Eu發(fā)光強(qiáng)度的影響

三、離子摻雜對(duì)Eu3+余輝的影響

四、顆粒尺寸對(duì)氧化釔-氧化釓基粉體發(fā)光性能的影響

§5.5 鉿酸鹽陶瓷閃爍材料

5.5.1 粉體合成

一、粉體形貌

二、物相分析

5.5.2 鉿酸鹽透明陶瓷的制備與顯微結(jié)構(gòu)

一、透明陶瓷的制備

二、透明陶瓷物相分析

三、顯微結(jié)構(gòu)

5.5.3 鉿酸鹽透明陶瓷的光學(xué)性能

一、Ln2Hf2O7陶瓷的透明性

二、La2Hf2O7:Ti閃爍陶瓷

三、La2Hf2O7:Ti閃爍陶瓷的發(fā)光特性

四、La2Hf2O7:Ti閃爍陶瓷的閃爍性能

§5.6 镥基陶瓷閃爍材料

5.6.1 镥基陶瓷閃爍材料概述

5.6.2 Lu2O3:Eu透明陶瓷

一、Lu2O3:Eu粉體制備

二、Lu2O3:Eu透明陶瓷制備

三、Lu2O3:Ku透明陶瓷的光譜性能

5.6.3 Lu3Al5O12(LuAG)基透明陶瓷

一、LuAG粉體的制備

二、LuAG透明陶瓷的制備

三、稀土摻雜的LuAG透明陶瓷的光譜性能

小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第六章 透明陶瓷在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

§6.1 用作陶瓷鏡頭的透明Ba{(SnuZr1-u)xMgyTaz}vOw陶瓷

6.1.1 透明陶瓷鏡頭的出現(xiàn)

6.1.2 透明陶瓷鏡頭的組成和性質(zhì)

6.1.3 透明陶瓷透鏡的制備與發(fā)展

§6.2 用作透波和窗口材料的鎂鋁尖晶石透明陶瓷

6.2.1 鎂鋁尖晶石透明陶瓷的出現(xiàn)

6.2.2 鎂鋁尖晶石透明陶瓷的性質(zhì)

一、鎂鋁尖晶石透明陶瓷的光學(xué)性能

二、鎂鋁尖晶石透明陶瓷的其他物理性能

三、鎂鋁尖晶石透明陶瓷的耐化學(xué)腐蝕性能

四、鎂鋁尖晶石的硬度

6.2.3 鎂鋁尖晶石的用途

6.2.4 鎂鋁尖晶石透明陶瓷的制備方法

§6.3 導(dǎo)熱絕緣的氮化鋁透明陶瓷

6.3.1 氮化鋁材料的結(jié)構(gòu)

6.3.2 AlN陶瓷材料的特性與應(yīng)用

6.3.3 透明AlN陶瓷的研究進(jìn)展

§6.4 高穩(wěn)定耐高溫的γ-氮氧化鋁透明陶瓷

6.4.1 氮氧化鋁的結(jié)構(gòu)與組成

6.4.2 γ-Al0N陶瓷的性質(zhì)和應(yīng)用

6.4.3 γ-AlON的研究進(jìn)展

§6.5 高透光性高穩(wěn)定的Y2O3透明陶瓷

6.5.1 Y2O3的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

6.5.2 Y2O3透明陶瓷的研究進(jìn)展

§6.6 具有鐵電性質(zhì)的PLZT透明陶瓷

6.6.1 PLZT的組成

6.6.2 透明電光陶瓷材料的制備

一、熱壓燒結(jié)

二、氣氛燒結(jié)

三、熱等靜壓燒結(jié)

6.6.3 影響PLZT陶瓷透明性的因素

一、制粉方式的影響

二、燒結(jié)條件的影響

三、燒結(jié)氣氛的影響

6.6.4 PLZT電光陶瓷材料、器件的應(yīng)用

6.6.5 電光材料的發(fā)展前景

§6.7 SiAlON透明陶瓷

6.7.1 SiAlON透明陶瓷簡介

6.7.2 SiAlON透明陶瓷制備

一、SiAlON透明陶瓷粉體的制備

二、SiAlON透明陶瓷的燒結(jié)

小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第七章 無機(jī)光學(xué)透明陶瓷材料的研究與發(fā)展展望

§7.1 透明陶瓷的基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究

一、新的立方系透明陶瓷體系的開發(fā)與探索

二、陶瓷工藝制備科學(xué)研究的進(jìn)一步深入

三、非立方相納米透明陶瓷材料的探索

四、多晶材料單晶化透明技術(shù)探索

五、透明陶瓷的光學(xué)性能研究

六、透明陶瓷的其他功能特性的開發(fā)

§7.2 透明陶瓷的應(yīng)用研究(Ⅰ):工業(yè)應(yīng)用

一、照明行業(yè)

二、激光領(lǐng)域

三、核醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域

四、核熱閃光防護(hù)領(lǐng)域

五、光學(xué)成像領(lǐng)域

六、其他領(lǐng)域的應(yīng)用

§7.3 透明陶瓷的應(yīng)用研究(Ⅱ):軍事應(yīng)用

一、高能量激光介質(zhì)

二、防護(hù)材料

三、各類透波材料

《無機(jī)光學(xué)透明材料:透明陶瓷》主要內(nèi)容:透明陶瓷是先進(jìn)陶瓷材料中十分獨(dú)特的一個(gè)分支。就其化學(xué)組分、相結(jié)構(gòu)和制備工藝以及發(fā)到有要求而言，透明陶瓷是當(dāng)前先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域中化學(xué)與相組成最為純凈、致密度最高、工藝要求嚴(yán)格，同時(shí)性能要求最苛刻的一類陶瓷材料?！稛o機(jī)光學(xué)透明材料:透明陶瓷》一方面較全面地介紹了近年來國內(nèi)外特別是我國在透明陶瓷研究與開發(fā)中的進(jìn)展，另一方面也以較為通俗的語言介紹了透明陶瓷的知識(shí)、發(fā)展和應(yīng)用，可為更廣泛的讀者較全面了解透明陶瓷這一領(lǐng)域提供參考。第一章簡要介紹透明陶瓷的概念和光學(xué)透明特性;第二章主要介紹并討論了透明陶瓷的工藝;第三章主要介紹了燈用透明陶瓷氧化鋁陶瓷部件的制備與應(yīng)用;第四章論述了激光陶瓷的發(fā)展以及我所在這方面的部分研究進(jìn)展;第五章介紹透明閃爍陶瓷，重點(diǎn)介紹了我所在這方面最新的工作;第六章簡述了透明陶瓷在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用;第七章是總結(jié)與展望。