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1、影响Al2O3透明陶瓷透光性的因素摘要：简要分析了陶瓷透明的机理：气孔散射、晶界散射、第二相散射、折射与吸收、多晶体吸收等效应都会影响光线透过陶瓷基体。原料纯度、粒度,氢气或真空烧成气氛,添加剂，气孔数量、尺寸,晶界等因素会对Al2O3透明陶瓷的透光性产生影响,其中原料、添加剂、气孔影响因素占主导位置。关键词：透明陶瓷，透光性，添加剂，气孔FactorsofTransparencyofTransparentAl2O3CeramicsAbstract:Abriefanalysisofthemechanismoftransp
2、arentceramics:porescattering,grainboundaryscattering,thesecondphaseofthescattering,refractionandabsorption,polycrystallineabsorptioneffectwillaffectthelightthroughtheceramicmatrix.Purityandsizeofrawmaterials,hydrogenorvacuumfiringatmosphere,additionagent,porenumb
3、erandtheirsize,grainboundarywillaffectthetransparencyoftransparentAl2O3ceramics.Rawmaterials,additionagentandgasholearethemostimportangfactorsofthem.Keywords:transparentceramics,transparency,additionagent,gashole1引言自从1962年Coble制备出透明氧化铝陶瓷以来，打破了陶瓷不透明的传 统概念，也开辟了陶瓷新的
4、应用领域。照明技术、特种仪器制造、无线电子学、信息探测、高温技术以及军事工业的发展，都需要有大量高性能的光学功能材料来提供关键的物质基础。透明陶瓷的一个关键性能在于其透光度。光通过某一介质时，由于介质的吸收、散射和折射等效应而使其强度衰减，对于Al2O3透明陶瓷而言，这种衰减除了与材料的基本化学组成有关外，主要取决于材料的显微组织结构。要使 第10页陶瓷材料具有很好的透光性，应消除造成光散射的各种因素，即应具备如下性质:(l)致密度高(理论密度的99.5%以上)；(2)晶界上不存在空隙，如有，其尺寸应比波长小；(3)晶界
5、上没有杂质及玻璃相，或晶界的光学性质与微晶体之间差别很小；(4)晶粒小而且均匀，气孔率低；(5)晶体对入射光的选择吸收很小；(6)无光学各向异性，晶体结构最好是立方晶系；(7)表面光洁度高[8]。2Al2O3透明陶瓷透光性的影响因素总体来说，影响Al2O3透明陶瓷透光性的因素包括本征因素（主要是显微结构）和工艺因素（即制备因素）。2.1本征因素多晶Al2O3陶瓷是一种无机材料，其中存在大量的气孔、杂质、晶界等缺陷，这些缺陷造成对光线的强散射和折射。图1为光通过透明陶瓷时产生的损失示意图。光通过透明陶瓷时，气孔、晶界、第二
6、相等散射中心对光产生散射，导致光的强度减弱造成散射损失[1,20]。另外，基体以及第二相本身对光有吸收作用造成吸收损失。因此，从组织结构角度考虑，应尽可能减少气孔、晶界以及第二相的相对含量，降低材料对将原料按如下配比混料。具体分析如下。2.1.1气孔第10页对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率，又包括气孔尺寸、数量、种类。例如，图2给出了晶粒内部的气孔和晶界气孔的示意图。普通陶瓷即使具有高的密度，往往也不是透明的，这是因为其中有很多闭口气孔，并且当陶瓷内部的气孔率大于1%时，陶瓷就基本上不再透明[1]。有实验证明：当
7、陶瓷体中闭口气孔率从0.25%变化到0.85%时，透过率降低33%[5]。根据平均气孔的大小，产生的影响也不同，在气孔直径小于光波波长λ/3时，会产生Rayleigh散射；当气孔直径与光波波长λ相接近时，会产生Mie散射；当气孔直径大于光波波长λ时，会产生反散射折射。因此，欲提高陶瓷的透明度，必须降低气孔率。图2Al2O3透明陶瓷断口的SEM图片2.1.2晶界结构晶界是破坏陶瓷体光学均匀性，从而引起光的散射，致使材料的透光率下降的重要因素之一；单位体积晶界数量越，透光率越。由于陶瓷材料的物相组成通常包含两相或更多相，这种
8、多相结构会导致光在相界表面上发生散射。透明和不透明陶瓷的晶界结构是不同的。透明材料是单相的，晶界与晶体的光学性质差别小因而晶界模糊不清，而非透明材料是多相的，晶界很清晰[17]第10页。材料的组成差异越大，折射率相差越大，整个陶瓷的透光率越低。因而透明陶瓷晶界区应微薄、光匹配性好、无气孔及夹杂物、位错等。具有各向同性
