《透明氧化铝陶瓷》PPT课件.ppt

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1、透明氧化铝陶瓷的研究进展透明氧化铝陶瓷的研究进展 透明氧化铝陶瓷的性能透明氧化铝陶瓷的影响因素透明氧化铝透明陶瓷的制备方法透明氧化铝陶瓷的应用及发展前景我要讲述的内容是：氧化铝陶瓷是第一个实现透明化的先进陶瓷材料，拓展了先进陶瓷材料的研究和应用领域。第一例透明陶瓷是1962年在美国制备成功的氧化铝透明陶瓷。将MgO、ZnO、NiO等添加剂掺入高纯细散的氧化铝。随后，氧化钇透明陶瓷、氮化铝透明陶瓷、电光透明陶瓷和激光透明陶瓷等相继实现。透明陶瓷作为先进陶瓷与普通陶瓷相比，除了具有高透明陶瓷作为先进陶瓷与普通陶瓷相比，除了具有高温、耐腐蚀、高绝缘高强度特性，又具有玻璃的光学温、耐腐蚀、高绝缘高强度

2、特性，又具有玻璃的光学性能，还对可见光及红外光有良好的透光性。因为这性能，还对可见光及红外光有良好的透光性。因为这种陶瓷良好的透光性，所以叫做透明陶瓷。种陶瓷良好的透光性，所以叫做透明陶瓷。透明氧化铝的特点透明氧化铝陶瓷可以用来制作高发光效率的高压钠灯的发光管，另外，利用其透光性也被用作高温下检测红外线的窗口材料，单晶氧化铝的蓝宝石、含有Cr2O3的Al2O3单晶的红宝石，它可作为固体激光器的振荡元件材料。上图为透明氧化铝陶瓷质的高压钠发光管普通陶瓷不是透明的，那么是怎样实现陶瓷的透明化的？影响氧化铝透明性的因素主要有哪些？影响氧化铝透明性的因素主要有哪些？a 气孔率气孔率b晶界结构晶界结构c

3、陶瓷晶粒尺寸陶瓷晶粒尺寸d表面加工光洁度表面加工光洁度a气孔率 对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率。透明陶瓷的制备过程实对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率。透明陶瓷的制备过程实质上就是在烧结过程中完全排除显微气孔的致密化过程。气孔尺寸、数量、质上就是在烧结过程中完全排除显微气孔的致密化过程。气孔尺寸、数量、种类都会对陶瓷材料的透明性产生显著影响。种类都会对陶瓷材料的透明性产生显著影响。制品的透明度对气孔率十分敏感，气孔率的微小变化可显著改变材料透制品的透明度对气孔率十分敏感，气孔率的微小变化可显著改变材料透光率。陶瓷体中闭口气孔率光率。陶瓷体中闭口气孔率025变为变为085时，透过

4、率降低时，透过率降低33%。制备较高透光率的陶瓷的最大条件就是最大限度的降低气孔率，特别是制备较高透光率的陶瓷的最大条件就是最大限度的降低气孔率，特别是显气孔率。这也是透明氧化铝陶瓷致密度通常要大于显气孔率。这也是透明氧化铝陶瓷致密度通常要大于99.9%的原因。的原因。除了气孔率之外，气孔的直径对透明氧化铝陶瓷的透光性也有很大除了气孔率之外，气孔的直径对透明氧化铝陶瓷的透光性也有很大的影响。的影响。上图为气孔率为上图为气孔率为0.1%时时Al2O3透明陶瓷线透明陶瓷线性透过率与气孔直径的关系。性透过率与气孔直径的关系。b晶界结构 c陶瓷晶粒尺寸透明氧化铝陶瓷的透光率取决于陶瓷多晶体的晶粒尺寸，

5、透明氧化铝陶瓷的透光率取决于陶瓷多晶体的晶粒尺寸，当入射光波长等于晶粒尺寸时，光的散射效应最大，透当入射光波长等于晶粒尺寸时，光的散射效应最大，透光率最低。固提高透明氧化铝陶瓷的透光率，应将陶瓷光率最低。固提高透明氧化铝陶瓷的透光率，应将陶瓷的晶粒尺寸控制在入射光的波长范围之外。的晶粒尺寸控制在入射光的波长范围之外。d表面加工光洁度透明氧化铝陶瓷的透光率还受表面光洁度的制约。烧结后透明氧化铝陶瓷的透光率还受表面光洁度的制约。烧结后未经处理的陶瓷表面具有较高的粗糙度，光线入射到这种未经处理的陶瓷表面具有较高的粗糙度，光线入射到这种面上会发生漫反射。陶瓷的粗糙度越大，其透明度就越低。面上会发生漫反

6、射。陶瓷的粗糙度越大，其透明度就越低。对陶瓷表面进行研磨和抛光处理会大大提高透光率。对陶瓷表面进行研磨和抛光处理会大大提高透光率。透明氧化铝陶瓷的制备工艺1粉体制备2成型技术3烧结工艺1粉体制备新的粉体制备工艺有激光等离子体法、喷雾干燥法、自蔓高温合成法等。下面就简单介绍其中的两种方法。a自蔓延高温合成法(SIB)自蔓延高温合成法制备粉料优于传统的方法，其优点在于：自蔓延高温合成法制备粉料优于传统的方法，其优点在于：(1)纯度高，自蔓延高温合成法经过一个高温过程，纯度高，自蔓延高温合成法经过一个高温过程，许多杂许多杂质尤其是有机物在高温质尤其是有机物在高温时时挥发，挥发，而粉料表面的氧化膜也被

7、而粉料表面的氧化膜也被还原；还原；(2)活性大，活性大，此法反应迅速，此法反应迅速，合成过程中温度梯度大，合成过程中温度梯度大，产品中有可能出现缺陷集中相和亚稳相，产品中有可能出现缺陷集中相和亚稳相，产物的活性大大产物的活性大大提高，提高，易于进一步烧结致密化。易于进一步烧结致密化。b喷雾热解法喷雾热解法简称喷雾热解法简称SP法，法，又称喷雾焙烧法或溶液蒸发分解又称喷雾焙烧法或溶液蒸发分解法，法，其特点是采用液相物质为前驱体，通过喷雾热解过其特点是采用液相物质为前驱体，通过喷雾热解过程直接得到最终产物，不需过滤、洗涤、干燥、烧结等程直接得到最终产物，不需过滤、洗涤、干燥、烧结等过程。因此，过程

8、。因此，产品纯度高、分散性好、粒度均匀可控，产品纯度高、分散性好、粒度均匀可控，尤其适合于制备多组分复合超细纳米粉体，尤其适合于制备多组分复合超细纳米粉体，但存在原料但存在原料成本高、能耗大等问题。成本高、能耗大等问题。2成型技术成型技术透明氧化铝陶瓷的主要成形方法为：透明氧化铝陶瓷的主要成形方法为：等静压法等静压法 注浆法注浆法 热压注法热压注法 挤制法挤制法 压延法压延法注浆成形法注浆成形法 注浆法是一种古老的成形方法，它可以制备形状复杂的制品，注浆法是一种古老的成形方法，它可以制备形状复杂的制品，工艺容易控制，但生产效率低，劳动强度大，透明氧化铝陶瓷的工艺容易控制，但生产效率低，劳动强度

9、大，透明氧化铝陶瓷的坯体密度低于理论密度坯体密度低于理论密度85时则很难得到透明氧化铝制品。时则很难得到透明氧化铝制品。热压注成形方法热压注成形方法 热压注成形的基本原理是：在热压注成形的基本原理是：在80度度100度的温度下透明氧化铝度的温度下透明氧化铝瓷料，同加有表面活性剂油酸的石蜡和蜂蜡液混合在一起，在一定压瓷料，同加有表面活性剂油酸的石蜡和蜂蜡液混合在一起，在一定压力下使瓷浆充满金属模具，并在一定压力的持续作用下凝固，形成半力下使瓷浆充满金属模具，并在一定压力的持续作用下凝固，形成半成品，而后再经过排蜡烧成获得所需制品。此方法生产效率高，操作成品，而后再经过排蜡烧成获得所需制品。此方法

10、生产效率高，操作容易，制品精确度高容易，制品精确度高。等静压成形法等静压成形法 等静压成形法的基本原理是：将透明氧化铝陶瓷粉料装进具有弹性等静压成形法的基本原理是：将透明氧化铝陶瓷粉料装进具有弹性的模具内密封，然后把模具连同粉料一起放在具有气体和液体的高压的模具内密封，然后把模具连同粉料一起放在具有气体和液体的高压容器内封闭后，用泵对液体和气体进行加压，通过液体或气体能均匀容器内封闭后，用泵对液体和气体进行加压，通过液体或气体能均匀传递压力的特点，弹性模具就受到均匀的压力并传递给粉料，使粉料传递压力的特点，弹性模具就受到均匀的压力并传递给粉料，使粉料被压成为与模型相象的压实物，但其尺寸要有一定

11、减小，受压完毕后，被压成为与模型相象的压实物，但其尺寸要有一定减小，受压完毕后，慢慢减压，然后从模具中取出坯体。等静压成形法得到的坯体具有较慢慢减压，然后从模具中取出坯体。等静压成形法得到的坯体具有较高的生坯密度，坯体一致性好，产品合格率高，便于自动化生产。高的生坯密度，坯体一致性好，产品合格率高，便于自动化生产。3烧结工艺烧结工艺 要得到致密的、气孔率低的透明陶瓷，要得到致密的、气孔率低的透明陶瓷，必须采用不同于必须采用不同于普通陶瓷的特殊烧结工艺。采用最常用的是常压烧结，普通陶瓷的特殊烧结工艺。采用最常用的是常压烧结，这这种方法生产成本低，种方法生产成本低，是最普通的烧结方法。透明氧化铝陶

12、是最普通的烧结方法。透明氧化铝陶瓷的烧成温度较高，一般在瓷的烧成温度较高，一般在1750oC-1850oC左右，并且左右，并且须要在氢气或真空条件下烧成须要在氢气或真空条件下烧成.透明陶瓷的烧结方法多种多透明陶瓷的烧结方法多种多样，除此之外，人们还采用不少特种烧结方法，样，除此之外，人们还采用不少特种烧结方法，如热压烧如热压烧结、气氛烧结、微波烧结及结、气氛烧结、微波烧结及SPS放电等离子烧结技术。放电等离子烧结技术。透明氧化铝陶瓷的发展前景透明透明氧化铝氧化铝陶瓷集透光性与其自身材料的特性于一身的优陶瓷集透光性与其自身材料的特性于一身的优异吸引起了人们极大的兴趣，研究其新的应用领域也就成异吸

13、引起了人们极大的兴趣，研究其新的应用领域也就成了一个新兴的课题，从最初的窗口材料到透明薄膜，集成了一个新兴的课题，从最初的窗口材料到透明薄膜，集成电路基片，高温耐腐蚀材料，透明电路基片，高温耐腐蚀材料，透明氧化铝氧化铝陶瓷的应用范围陶瓷的应用范围在不断地扩大，对其新功能的研究也在不断地发展。目前在不断地扩大，对其新功能的研究也在不断地发展。目前优异性能的透明陶瓷，优异性能的透明陶瓷，用它来取代单晶成为下一代优秀用它来取代单晶成为下一代优秀的激光器工作物质。并不断地完善现有的制造透明陶瓷的的激光器工作物质。并不断地完善现有的制造透明陶瓷的工艺，工艺，做出掺杂浓度更高，做出掺杂浓度更高，尺寸更大的透明陶瓷尺寸更大的透明陶瓷.谢谢大家！谢谢大家！谢谢大家！谢谢大家！