透明陶瓷又稱光學陶瓷，指的是采用陶瓷制備工藝制取的，具有一定透光性的多晶材料。通常認為直線透過率超過10%的陶瓷為透明陶瓷，在10%以下的陶瓷成為半透明陶瓷。它包括透明鐵電陶瓷、透明氧化物陶瓷、透明紅外陶瓷等。

從透明陶瓷的性能角度考慮，可分為兩大類：一種是光功能陶瓷，主要用于激光陶瓷和閃爍陶瓷；一種是用于偏向于結構陶瓷的，用在防彈汽車的窗、坦克的觀察窗、轟炸機的轟炸瞄準器和高級防護眼鏡等。

一般陶瓷不透明的原因是其內部存在有雜質和氣孔，前者能吸收光，后者令光產生散射，所以就不透明了。如果選用高純原料，并通過工藝手段排除氣孔就可能獲得透明陶瓷。透明陶瓷通常采用壓力燒結「包括熱壓、等離子體壓力燒結（SPS）、熱等靜壓（HIP）」和氣氛燒結「氫氣燒結、氧氣燒結和真空燒結」等燒結工藝以幫助排除氣孔。

圖1 各種光線（輻射）的波長范圍

按組分分，特種陶瓷主要分為四大類：氧化物透明陶瓷，

下文將為大家簡單介紹目前常見的一些透明陶瓷品種。

1、氧化物透明陶瓷

氧化物透明陶瓷一般在可見光和近紅外波段透明。這類透明陶瓷主要有MgAl₂O₄，Al₂O₃，BeO，ThO₂，Y₂O₃等。

透明鎂鋁尖晶石陶瓷

又稱半透明燒結MgAl₂O₄。用Mg-Al氫氧化物的共沉淀物或Mg-Al的鹽類熱分解產物為原料，添加少量CaO以促進液相燒結，真空中經1800～1900℃或濕氫1700℃左右燒結半透明狀態。

其燒結密度可達理論密度的99.7～100％，在0.5～6.5μm范圍內的直線透過率大于10％，可見光范圍的總透過率為67～78％。

可用于高溫電弧密封外殼、天線窗和紅外透射裝置。

透明氧化鋁陶瓷

一種呈透明狀的α-Al₂O₃陶瓷，屬于六方晶系，熔點2050℃。它是由高純Al2O3（純度大于99.9%）為原料，加入少量MgO、La₂O₃或Y₂O₃等外加劑，采用氣氛燒結和熱壓燒結等方法制成的透明多晶體。

其密度大于3.95g/cm³，總透過率95％，介電常數大于9.5，介電損耗角正切小于1×10-4，熱膨脹系數8.6×10-6/℃，抗彎強度大于350MPa，能耐高溫鈉蒸氣的腐蝕。

廣泛用于制造高壓鈉燈的發光管、微波集成電路用基片、軸承材料和紅外光學元件等。

透明氧化鈹陶瓷

一種呈半透明的主要成分為BeO的陶瓷。以氧化鈹為原料，加入添加劑，在壓力為20MPa，溫度為1200℃下燒結，可得到半透明狀多晶體。

晶型為六方晶系，熔點2550℃，熱膨脹系數9.2×10^-6/℃，透光率55～60％（波長0.4～3μm，厚度0.8mm），具有極高的耐熱震性、導熱性和金屬鋁相似，電絕緣性能優良，高度化學惰性，但原料昂貴，有毒。

可作為高溫原子能反應堆的中心減速劑和反射劑，微波輸出窗以及飛機、火箭的高溫部件。

透明氧化釷陶瓷

一種透明狀的以ThO₂為主成分的陶瓷，屬于立方晶系。以ThO₂為原料，添加CaO、Y₂O₃、ZrO₂等穩定劑。在H2氣氛中2000～2300℃下可燒制出透明體。

熔點3300℃，熱膨脹系數7.1×10-6/℃，在0.4～7μm波長處，厚度為1.5mm時，透光率為50～70％，可作為高溫環境的紅外整流罩。

透明氧化釔陶瓷

一種呈透明狀的主成分為Y₂O₃的陶瓷。以高純Y₂O₃（99.9%）為原料，添加8～10mol％的ThO₂，在氫氣中于2000℃以上的高溫燒成的透明多晶體，也有添加LiF和ThO₂后在1300～1500℃和30～35MPa壓力下真空熱壓燒結制成。

屬于立方晶系，熔點大于2400℃，介電常數12～20，介電損耗角正切在1MHz時為1×10^-4，透明性好，即使在遠紅外區仍有約80％的直線透過率。

是一種優良的高溫紅外材料和電子材料，主要用于紅外導彈的窗口和整流罩、天線罩、微波基板、絕緣支架、紅外發生器管殼、紅外透鏡以及其它高溫窗口等。

也可在Y₂O₃-ThO₂中添加少量的Eu₂O₃、D_y2O₃、Tb₂O₃、Nd₂O₃等氧化物，制成透明陶瓷，作激光工作物質。

透明偏鈮酸鉛鋇鑭陶瓷

又稱透明PBLN陶瓷，一種透明鐵電陶瓷。化學式為（Pb_1-yBa_y）_1-xLa_xNb_2-x/2O₆。以La₂O₃、Nb₂O₅、PbO、BaCO₃等為原料，于1300℃通氧熱壓燒結而成。

具有高的電光效應，其一次及二次電光效應各為rc＝7.45×10-10m/V和R=2.09×10-16m2/V2。

主要用于電光源裝置和用作原子能反應堆材料。

2、氟化物透明陶瓷

主要是BaF₂,CaF₂,LaF₂,MgF₂,SrF₂等，20世紀60年代開始CaF₂透明陶瓷主要作為一種激光材料使用。MgF₂主要作為一種透紅外的材料。

熱壓多晶氟化鋇陶瓷

是一種紅外光學陶瓷，其化學式為BaF₂。可用熱壓法制備，熱壓溫度600℃，壓力240MPa。在3～10μm波長范圍內，透過率可達80％左右，用作紅外透光材料。

熱壓多晶氟化鈣陶瓷

是一種紅外光學陶瓷，其化學式CaF₂。可用熱壓工藝制備，一般是把氟化鈣摻雜改性，使其除能透過紅外光線外，還有“光色”作用。例如摻入Ce、Gd等雜質，在光線未照射前呈蘭色，輻照時呈粉紅色，停照后可退光。

如果摻入Eu、Sm等雜質，則輻照時呈綠色，它是一種“光色”材料。

熱壓多晶氟化鑭陶瓷

以高純LaF₂為原料，它是在真空中，于825～875℃的溫度和248～310MPa壓力下熱壓而成。在3～11μm波長范圍內，其透過率大于80％。

紅外波段的折射率為1.5左右。具有很好的耐熱震和耐高溫性能。

熱壓多晶氟化鎂陶瓷

以高純MgF₂為原料，在600～700℃的溫度和300MPa壓力下，經真空熱壓燒結制成。

其密度3.17g/cm3，莫氏硬度為6，抗彎強度100MPa，熱膨脹系數為11.9×10-6/℃（在25～400℃）。

介電性能：在頻率為9.42kHz，25℃時，介電常數ε＝5.23，介電損耗角正切tgδ=0.0025。它是較理想的透紅外材料之一，在3～6.5μm波長范圍內，其透過率約為90％（樣品厚度2～3mm），它還具有透過率隨溫度變化小和折射率低等特點。

可用于紅外窗口、半球形整流罩、激光片底板等。

熱壓多晶氟化鍶陶瓷

是一種紅外光陶瓷，化學式SrF₂。用熱壓法制備，熱壓溫度650℃，壓力約為250MPa。

在5μm波長處的透過率大于80％，用作紅外透光材料。

3、氮化物透明陶瓷、氧氮化物透明陶瓷、氧硫化物透明陶瓷

這幾種材料體系相對于前兩種而言，研究的較晚，但隨著對這些材料研究的深入，人們越來越認識到它們的重要性。氮化物透明陶瓷主要是氮化鋁（AIN）；氧氮化物透明陶瓷主要是氧氮化鋁透明陶瓷（AlON）和塞隆透明陶瓷（α-SiAlON）；氧硫化物透明陶瓷主要是Gd₂O₂S，是一種性能優異的閃爍材料。

其中AlON主要應用于裝甲觀察窗口，防彈玻璃等。

4、硫化物透明陶瓷、硒化物透明陶瓷及碲化物透名陶瓷等

這類材料主要有ZnS，ZnSe，CdTe等，這些材料主要作為激光材料，目前已經得到了激光輸出，同時它們還是很好的透紅外陶瓷材料。

熱壓多晶硫化鋅陶瓷

以高純ZnS為原料，在700～800℃的溫度和300～400MPa壓力下，經熱壓燒結制成。

其密度4.09g/cm³，抗彎強度103MPa，熱膨脹系數為7.9×10-6/℃（在30～600℃）。介電性能：在頻率為9.4GHz，18℃時，介電常數ε＝8.5，介電損耗角正切tgδ=0.0412。

它是8～14μm波段范圍內較理想的透紅外陶瓷之一，在1～14μm波長范圍內，平均透過率約大于70％（樣品厚度2～3mm），一般用于紅外透過窗口、支撐透鏡、紅外激光雷達密封罩、整流罩等。

熱壓多晶硒化鋅陶瓷

化學式為ZnSe，是紅外光學陶瓷之一。由熱壓燒結制成。

其密度5.27g/cm3熱膨脹系數為7.7×10-6/℃，不溶于水，折射率很高，在5μm處為 2.4。它的透紅外波段較寬，約1～21μm。反射損失較大，可在表面蒸鍍氟化鋇以減小反射損失，提高透過率。

用途和熱壓硫化鋅等多晶紅外陶瓷相似。

5、其他透明陶瓷

摻釹釔鋁石榴石（Nd∶YAG）

2004年，東北大學孫旭東采用固相反應法、1700℃真空燒結5h，制備了高透光的Nd∶YAG陶瓷，其在可見光區最大透光率63%，紅外光區透光率接近70%。

2006年5月，中科院上海硅酸鹽研究所潘裕柏以高純商業Al₂O₃、Y₂O₃和Nd₂O₃超微粉作為原料，在1650℃-1780℃真空條件下保溫10h以上，制備出尺寸為3mm×3mm×3mm的Nd∶YAG透明陶瓷，并實現1003mW的激光輸出。

摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG )晶體是最早和最著名的激光晶體,它優越的基本性質使其常被應用于近遠紅外固態激光器及其倍頻、三倍頻中，在科研、醫療、工業和軍事激光器中都得到廣泛的應用。

此外，釓鎵鋁石榴石（GGG）也是一種很好的激光晶體。

鋯鈦酸鉛鑭陶瓷(PLZT)

是屬PZT鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷。Haertling G H是在1970年用球磨和熱壓燒結工藝制備了透明的光電陶瓷PLZT。一種鐵電陶瓷光電材料。

其光學特性可被電場或者通過拉伸或壓縮而改變。用于各種光電存儲器和顯示設備中。亦稱為摻鑭鋯[酸鉛]鈦酸鉛。

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粉體圈 作者：小白