透明陶瓷材料制備要點(diǎn)

透明陶瓷材料制備要點(diǎn)透光應(yīng)分成兩種：直線透光和漫射(積分)透光，后者是用總透射光來(lái)決定的，這是光線通過(guò)透明的空心圓桶又從積分球表面反射回來(lái)而得。陶瓷透光在很大程度上取決于其組成相的折射率之差，差值越大和陶瓷中二次相數(shù)量越多，則其透光率越低。結(jié)品的多相性，結(jié)構(gòu)特性，品體的相互排列，品體尺寸，玻璃相和氣孔的存在是嚴(yán)重影響陶瓷透明度的主要因素。入射光波長(zhǎng)相當(dāng)于晶體大小的情況下。發(fā)生最大的散射，既陶瓷材料必須避免尺寸為0.4-0.8的晶體存在氧化鋁的折射率1.76，玻璃相折射率，空氣折射率1.0氣孔體積占3%時(shí)，透光率1%，0.3時(shí)，透光率10%。400瓦鈉燈管有最廣泛的應(yīng)用，其發(fā)光效率117Im/W，工作6000小時(shí)后光通量下降不超過(guò)7%，總透光率90-92%。燒結(jié)純氧化物粉末時(shí)，如果不添加改性劑，甚至在接近于熔點(diǎn)溫度下也不能獲得高于97-98%理論密度的材料，因?yàn)樵跓Y(jié)最后階段，品體開(kāi)始極快的生長(zhǎng)而只留下封閉氣孔之故。由于劇烈的再結(jié)品，品體捕獲了大量的微小氣泡，它們很快進(jìn)入晶體內(nèi)部而從晶界處消失。添加劑由于生成固溶體而使晶格疏松或?qū)е略诰Ц裰猩煽瘴?，?qiáng)化了燒結(jié)。添加0.1%MgO的剛玉陶瓷是由正六方晶體組成，沒(méi)有氣孔和夾雜物。清晰的細(xì)品粒主要以120度夾角相交，其理論密度3.98。在空氣中或惰性氣體中燒結(jié)不能獲得無(wú)氣孔材料，因?yàn)槎栊詺怏w殘留在氣孔中并阻礙其生長(zhǎng)。在真空或氫氣中燒結(jié)氧化物時(shí)，伴隨產(chǎn)生一些還原過(guò)程，即增加了材料的缺陷并從而增加了燒結(jié)的速度和完全程度。氧化鋁的燒成應(yīng)放在能使陰離子空位濃度提高的氫界質(zhì)中進(jìn)行。先在1270-1870K氧化氣氛下燒結(jié)，然后在1870-2220K真空或氫氣下燒結(jié)。多相透光陶瓷的要求是單相并具有理論密度立方晶格及盡可能大的品體尺寸表面應(yīng)經(jīng)過(guò)精細(xì)的研磨和拋光y-A12O3轉(zhuǎn)變成a-A12O3伴隨體積縮小14.3%，若在氧化鋁料中含有Y-A12O3會(huì)導(dǎo)致燒成后制品的氣孔率增高和收縮增大。原始組分配合料的研磨是重要的工序，可用各種球磨機(jī)進(jìn)行研磨，對(duì)研磨的總要求是保證材料的原始純度和獲得一定的分散度。因?yàn)樯赏该魈沾蓵r(shí)要求很高的分散行，這種分散性在一般的球磨機(jī)中很難達(dá)到。生產(chǎn)透明陶瓷材料時(shí)大部分采用振動(dòng)研磨機(jī)濕法研磨氧化鋁到高度分散時(shí)，由于氧化鋁的水化作用使其反應(yīng)能力劇烈增大，當(dāng)加熱到620K時(shí)，氫氧化鋁分解。在等靜壓法壓制瓷件情況下，濕法研磨是極有前途的，可用噴霧干燥來(lái)獲得壓制粉粒。有機(jī)粘接劑可引入該漿料中一起噴霧干燥酸性泥漿具有較好的鑄造性能，可行的PH值范圍A12O32-4.5和12-14ZrO21.2-2.5和7.5-9一種不需要彈性模的等靜壓機(jī)已問(wèn)世，它是在用任何方法獲得的坯體上浸漬或噴涂一層有機(jī)化合物的粘接劑溶液，例如溶于二氯乙烷或水中的聚氯乙烯或膠乳溶液，制品表面干燥后形成一種致密的彈性外皮，此殼可保證制品均勻受壓。予燒時(shí)必須完全去掉有機(jī)粘接劑，否則在真空或還原氣氛中最后燒成時(shí)由于滲碳作用而使瓷件帶淺灰色。甚至10ppm的碳由于其高度分散而使瓷件帶微黑色，予燒要在氧化氣氛下進(jìn)行。瓷件表面加工光潔度，即表面平直度和光滑度取決于陶瓷材料的性能。。陶瓷材料應(yīng)具有致密、均一的結(jié)構(gòu)和盡可能少的主晶相以外的相。高溫氧化鋁與多種低溫變態(tài)氧化鋁相比具有較小的反應(yīng)能力，燒結(jié)時(shí)晶界遷移進(jìn)行的較慢這樣能較完全地除去掉氣孔。生產(chǎn)透明氧化鋁通常采用a-AlO，氧化鋁原料中Y-AlO導(dǎo)致燒結(jié)過(guò)程2323中半成品氣孔率的提高和燒成件收縮的增大，由此看來(lái)，它的存在是不好的。在晶粒形狀方面應(yīng)該為圓形。制備透明陶瓷應(yīng)使用高純氧化鋁，在所有加工階段保持原料的純度是工藝過(guò)程中最重要的要求。采用專用工藝設(shè)備，避免配合料中金屬和其它雜質(zhì)的污染，以保持陶瓷配合料的起始純度。制備好的配合料應(yīng)保持在關(guān)閉的容器中，最好放在聚乙烯容器中最佳氧化鎂含量0.1%，最佳值含量低時(shí)對(duì)透光率的影響比含量高時(shí)更嚴(yán)重。第一種情況下，陶瓷中含有較多氣孔；第二種情況下，陶瓷將具有細(xì)品粒結(jié)構(gòu)，并含有在燒成過(guò)程中不分解的尖品石。不同資料中所指出的原始配料內(nèi)氧化鎂的最佳含量是在較寬的范圍內(nèi)變化(0.05-0.4%)這是因?yàn)閼?yīng)用不同的原料，不同的分散度和不同的燒成條件所致。作為調(diào)節(jié)剛玉品粒長(zhǎng)大的添加劑，除氧化鎂外，還有氧化鑭，氧化釔，氧化鋯，它們與氧化鎂相比具有較寬的濃度范圍，在此范圍內(nèi)，最大透光率保持不變透光性也取決于表面粗糙度，剛玉陶瓷表面粗糙度與氧化鋁分散度有關(guān)，其粗糙度變化范圍1.25-3.25微米，符合5?7級(jí)光潔度，經(jīng)研磨后，剛玉瓷透光率匆0?45%增加到50?60%，而拋光后又增加搗80%(入射光波長(zhǎng)為5微米)透明陶瓷對(duì)基片的應(yīng)用與其透明度無(wú)關(guān)，而與結(jié)構(gòu)有關(guān)，既要求不含氣孔和其它相，該結(jié)構(gòu)保證基片在研磨時(shí)具有高表面光潔度。補(bǔ)充：1術(shù)語(yǔ)“透明陶瓷”的確切定義，目前還不存在。日本學(xué)者將這個(gè)術(shù)語(yǔ)確定為：用無(wú)機(jī)粉末經(jīng)過(guò)燒結(jié)使之具有一定的透明度，當(dāng)把這拋光的1mm厚的材料放在帶有文字的智商，則通過(guò)他可以讀出字母。相當(dāng)于在可見(jiàn)光波長(zhǎng)，透過(guò)率大于40%。2入射波長(zhǎng)越短，陶瓷的折射率越高，從絕對(duì)光滑透明材料表面所產(chǎn)生的反射越大。3燒結(jié)是高溫下品體混合物或粉體壓制品中所進(jìn)行的復(fù)雜物理-化學(xué)過(guò)程，在燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生了晶體混合物或壓制品的致密化和強(qiáng)固化，外部主要表現(xiàn)為體積變化、密度增大、和氣孔率降低。4在燒結(jié)細(xì)分散氧化物陶瓷時(shí)，致密化過(guò)程主要由體積擴(kuò)散決定。體積擴(kuò)散機(jī)理是物質(zhì)在整個(gè)顆粒容積內(nèi)依靠空位定向遷移?？瘴粩U(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是體積內(nèi)各點(diǎn)上空位濃度的不同（濃度梯度）5如果氣孔分布在晶界上，則致密過(guò)程得以充分的速度進(jìn)行，但是如果氣孔在品粒內(nèi)，燒結(jié)過(guò)程就會(huì)大大減慢。而品粒內(nèi)氣孔的形成，也就是封閉氣孔，主要與激烈再結(jié)品有關(guān)。所以要避免激烈再結(jié)品。6當(dāng)燒結(jié)材料中存在雜質(zhì)與基體形成固溶體或在晶界上形成第二相時(shí)，再結(jié)晶程度就會(huì)大大減小。7添加劑由于生成固溶體而使晶格疏松或?qū)е略诰Ц裰猩勺杂傻模瘴唬┙Y(jié)點(diǎn)，這些添加劑強(qiáng)化了品體粉末的燒結(jié)。8引入的添加劑將在主要材料的境界上生成高濃度是固溶體，能阻止最后燒結(jié)階段晶體的生長(zhǎng)并僅殘留封閉氣孔。該過(guò)程縮短了空位從氣孔到晶界的路徑，形成空位通道，9要使用與主要燒結(jié)氧化物陽(yáng)離子原子價(jià)態(tài)不同的陽(yáng)離子作為添加劑，以及在真空或者氫氣氣氛中燒結(jié)，能促進(jìn)胚體的除氣和增大結(jié)構(gòu)的缺陷性。10在氧介質(zhì)中加熱氧化物時(shí)，陰離子空位減少，陽(yáng)離子數(shù)目增多在氫氣介質(zhì)中加熱，則引起陽(yáng)離子空位減少，陰離子數(shù)目增多。11在加熱過(guò)程中，必須保證均勻加熱瓷件的整個(gè)體積，減慢品體生長(zhǎng)已達(dá)到完全除掉品體中氣孔并制得一定尺寸的晶粒。12機(jī)械混合硫酸鹽、碳酸鹽、草酸鹽，隨后進(jìn)行粉末熱分解，是眾所周知的方法。瞬間分解形成的氧化物具有高度的缺陷性、較大的結(jié)構(gòu)電子遷移率和高度的反應(yīng)能力。13決定透明陶瓷的基本因素1）多相性一一晶界要薄2）各相異性——盡可能選擇立方結(jié)構(gòu)的材料3）晶體尺寸一一當(dāng)入射光波長(zhǎng)等于晶粒尺寸時(shí)，則產(chǎn)生最大是光吸收。因而要提高透明氧化物陶瓷的透過(guò)率，如透過(guò)波長(zhǎng)為0.3-9微米，則材料的品體尺寸處于上述尺寸的極限之外才能實(shí)現(xiàn)。4）氣孔率——不惜一切代價(jià)降低氣孔率，達(dá)到理論密度5）表面加工光潔度14在研制任意一種透明陶瓷材料時(shí)，其最終目的實(shí)際上是使陶瓷材料不含氣孔。利用原材料合適的顆粒組成、添加劑的形式和數(shù)量、燒成的規(guī)范和條件來(lái)控制顯微結(jié)構(gòu)。15在半十壓（包括等靜壓）時(shí)粉料應(yīng)該具有良好的松散性