透明陶瓷的研究现状与发展展望_刘军芳
氮化铝透明陶瓷的烧结技术研究
氮化铝透明陶瓷的烧结技术研究（材料复合新技术国家重点实验室武汉 430070）摘要：氮化铝(AlN)透明陶瓷因具有高热导率、低介电常数、高绝缘性、与硅相匹配的热膨胀系数及其他优良的物理特性,在新材料领域越来越引起人们的广泛关注。
本文主要介绍AlN透明陶瓷的烧结技术，如，热压烧结、无压烧结、放电等离子烧结及微波烧结，并分析了AlN陶瓷的应用领域与前景。
关键词：氮化铝透明陶瓷；热压烧结；无压烧结；放电等离子烧结；微波烧结The sintering technology research of aluminum nitride transparentceramics(State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan, 43007) Abstract：Aluminum nitride (AlN) transparent ceramic is more and more aroused people's wide concern in the field of new materials, because of its high heat conductivity, low dielectric constant, high insulating property, the thermal expansion coefficient that match the silicon and other excellent physical properties.The sintering technologies of AlN transparent ceramic were introduced in this paper, like Hot Pressed Sintering, Pressureless Sintering, Spark Plasma Sintering and Microwave Sintering and analyzes the application fields and prospect of AlN ceramics.Key words: aluminum nitride transparent ceramic; hot pressed sintering; pressureless sintering; spark plasma sintering; microwave sintering1、引言1957年，美国陶瓷学家Coble成功制备了世界上第一块透明氧化铝陶瓷[1]。
以“透”为审美元素的陶瓷工艺品的设计探析
以“透”为审美元素的陶瓷工艺品的设计探析【摘要】透明材料一直在陶瓷工艺中扮演着重要的角色，而透明度与审美之间又有着密切的联系。
本文将深入探讨以“透”为审美元素的陶瓷工艺品的设计，并分析透明陶瓷的工艺特点、设计原则，以及透明元素的运用方式。
探讨透明度对陶瓷工艺品的意义以及透明陶瓷工艺在当代设计中的发展趋势。
通过对这些问题的思考和探讨，有助于我们更好地理解透明陶瓷的审美特点，为未来的设计提供新的思路。
透明陶瓷工艺品的设计探析对于推动当代陶瓷艺术的发展具有重要意义，可以为未来透明陶瓷工艺品的发展方向提供借鉴和启示。
【关键词】透明材料, 陶瓷工艺, 审美元素, 设计探析, 工艺特点, 设计原则, 运用方式, 意义, 发展趋势, 重要性, 发展方向, 总结1. 引言1.1 透明材料在陶瓷工艺中的应用透明材料在陶瓷工艺中起着至关重要的作用。
透明陶瓷是指在烧制过程中能够达到透明或半透明状态的陶瓷制品。
通过透明材料的应用，可以使陶瓷制品呈现出独特的光影效果和纹理，增加作品的审美效果。
透明材料通常是由含硼、硅等元素制成的玻璃粉末或釉料，经过高温烧制后能够形成透明的玻璃层。
在陶瓷工艺中，透明材料常常用于制作花瓶、餐具、装饰品等各种器物。
透明陶瓷制品常常展现出高雅、纯净的美感，被广泛应用于家居装饰和艺术创作领域。
透明材料的应用不仅能够增加陶瓷制品的观赏性，还能够提升产品的质感和陶瓷工艺的艺术性。
透明材料在陶瓷工艺中的应用具有重要意义，不仅为陶瓷制品增添了新的表现方式和审美元素，还推动了陶瓷工艺的创新与发展。
透明陶瓷制品在当代设计中越来越受到重视，其独特的魅力和艺术价值将继续吸引着设计者和艺术家的关注和探索。
1.2 透明度与审美之间的关系透明度与审美之间的关系一直是陶瓷工艺领域中值得探讨的话题。
在陶瓷作品中，透明度可以赋予作品更丰富的层次感和空间感，使其看起来更加通透和灵动。
透明度的变化不仅可以体现光线的折射和反射，还可以展现出作品内部的纹理和结构，为作品增添神秘和趣味。
最新透明陶瓷行业市场分析报告
近年透明陶瓷专利数量 国家或地区透明陶瓷专利 透明陶瓷专利类型 最近研究成果
第一章 透明陶瓷简介
透明陶瓷简介
什么是透明陶瓷？
透明陶瓷基于陶瓷制备工艺而制造出来的接近理论密度 并且具有优异性能的一类多晶无机材料。
各式各样的透明陶瓷
透明陶瓷性能
透明陶瓷、透明玻璃陶瓷、玻璃性能比较
2012-2014透明陶瓷全球总收入（单位：百万美元）
逐年增加
160
140
120
106.8
100
80
60
40
20
0 2012
122.3 2013
143 总收入
2014
一、全球总收入
1.各材料类型收入比例
透明陶瓷的材料主要来源于以下三个部分：氧化物 （氧化铝、YAG、铝酸镁）、混合物、非氧化物。其 中，氧化物类型收入占94.5%，而氧化物中的氧化铝收 入将近占据50%。
从熔体中生产 单晶的方法
Jan Czochralski (Berlin,Germany)
布里奇曼-下降技术
Percy W. Bridgman (Cambridge, Mass.)
透明多晶的初步 研究陶瓷的报告
开发了一种直接冷却 单晶的生产方法
Spyro Kyropoulos (Gottingen, Germany)
来源：《无机材料学报》吉亚明等
影响透明陶瓷的条件
➢ 气孔率（减小）
➢ 表面光洁度（研磨抛光）
➢ 杂质（没有）
➢ 晶粒尺寸（粒直径小于入射光波长）
➢ 晶界结构（模糊不清）➢ 晶体结构（选用具有立方结构的材料）
Nd:YAG 陶瓷照片：未抛光样品，抛光样品
【精品】陶瓷的研究现状与发展展望分析
陶瓷的研究现状与发展展望分析陶瓷的研究现状与发展展望陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料.它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点.可用作结构材料、刀具材料,由于陶瓷还具有某些特殊的性能,又可作为功能材料.分类:普通陶瓷材料采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成,是典型的硅酸盐材料,主要组成元素是硅、铝、氧,这三种元素占地壳元素总量的90%,普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟.这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等.特种陶瓷材料采用高纯度人工合成的原料,利用精密控制工艺成形烧结制成,一般具有某些特殊性能,以适应各种需要.根据其主要成分,有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能.本节主要介绍特种陶瓷.编辑本段性能特点力学性能陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料,其硬度大多在1500HV 以上.陶瓷的抗压强度较高,但抗拉强度较低,塑性和韧性很差.热性能陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上）,且在高温下具有极好的化学稳定性；陶瓷的导热性低于金属材料,陶瓷还是良好的隔热材料.同时陶瓷的线膨胀系数比金属低,当温度发生变化时,陶瓷具有良好的尺寸稳定性.电性能大多数陶瓷具有良好的电绝缘性,因此大量用于制作各种电压（1kV~110kV）的绝缘器件.铁电陶瓷（钛酸钡BaTiO3）具有较高的介电常数,可用于制作电容器,铁电陶瓷在外电场的作用下,还能改变形状,将电能转换为机械能（具有压电材料的特性）,可用作扩音机、电唱机、超声波仪、声纳、医疗用声谱仪等.少数陶瓷还具有半导体的特性,可作整流器.化学性能陶瓷材料在高温下不易氧化,并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力.光学性能陶瓷材料还有独特的光学性能,可用作固体激光器材料、光导纤维材料、光储存器等,透明陶瓷可用于高压钠灯管等.磁性陶瓷（铁氧体如：MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4）在录音磁带、唱片、变压器铁芯、大型计算机记忆元件方面的应用有着广泛的前途.编辑本段常用特种陶瓷材料根据用途不同,特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷. 1．结构陶瓷氧化铝陶瓷主要组成物为Al2O3,一般含量大于45%.氧化铝陶瓷具有各种优良的性能.耐高温,一般可要1600℃长期使用,耐腐蚀,高强度,其强度为普通陶瓷的2~3倍,高者可达5~6倍.其缺点是脆性大,不能接受突然的环境温度变化.用途极为广泛,可用作坩埚、发动机火花塞、高温耐火材料、热电偶套管、密封环等,也可作刀具和模具.氮化硅陶瓷主要组成物是Si3N4,这是一种高温强度高、高硬度、耐磨、耐腐蚀并能自润滑的高温陶瓷,线膨胀系数在各种陶瓷中最小,使用温度高达1400℃,具有极好的耐腐蚀性,除氢氟酸外,能耐其它各种酸的腐蚀,并能耐碱、各种金属的腐蚀,并具有优良的电绝缘性和耐辐射性.可用作高温轴承、在腐蚀介质中使用的密封环、热电偶套管、也可用作金属切削刀具.碳化硅陶瓷主要组成物是SiC,这是一种高强度、高硬度的耐高温陶瓷,在1200℃~1400℃使用仍能保持高的抗弯强度,是目前高温强度最高的陶瓷,碳化硅陶瓷还具有良好的导热性、抗氧化性、导电性和高的冲击韧度.是良好的高温结构材料,可用于火箭尾喷管喷嘴、热电偶套管、炉管等高温下工作的部件；利用它的导热性可制作高温下的热交换器材料；利用它的高硬度和耐磨性制作砂轮、磨料等.六方氮化硼陶瓷主要成分为BN,晶体结构为六方晶系,六方氮化硼的结构和性能与石墨相似,故有“白石墨”之称,硬度较低,可以进行切削加工具有自润滑性,可制成自润滑高温轴承、玻璃成形模具等.2．工具陶瓷硬质合金主要成分为碳化物和粘结剂,碳化物主要有WC、TiC、TaC、NbC、VC等,粘结剂主要为钴（Co）.硬质合金与工具钢相比,硬度高（高达87~91HRA）,热硬性好（1000℃左右耐磨性优良）,用作刀具时,切削速度比高速钢提高4~7倍,寿命提高5~8倍,其缺点是硬度太高、性脆,很难被机械加工,因此常制成刀片并镶焊在刀杆上使用,硬质合金主要用于机械加工刀具；各种模具,包括拉伸模、拉拔模、冷镦模；矿山工具、地质和石油开采用各种钻头等.金刚石天然金刚石（钻石）作为名贵的装饰品,而合成金刚石在工业上广泛应用,金刚石是自然界最硬的材料,还具备极高的弹性模量；金刚石的导热率是已知材料中最高的；金刚石的绝缘性能很好.金刚石可用作钻头、刀具、磨具、拉丝模、修整工具；金刚石工具进行超精密加工,可达到镜面光洁度.但金刚石刀具的热稳定性差,与铁族元素的亲和力大,故不能用于加工铁、镍基合金,而主要加工非铁金属和非金属,广泛用于陶瓷、玻璃、石料、混凝土、宝石、玛瑙等的加工.立方氮化硼（CBN）具有立方晶体结构,其硬度高,仅次于金刚石,具热稳定性和化学稳定性比金刚石好,可用于淬火钢、耐磨铸铁、热喷涂材料和镍等难加工材料的切削加工.可制成刀具、磨具、拉丝模等其它工具陶瓷尚有氧化铝、氧化锆、氮化硅等陶瓷,但从综合性能及工程应用均不及上述三种工具陶瓷.3．功能陶瓷功能陶瓷通常具的特殊的物理性能,涉及的领域比较多,常用功能陶瓷的特性及应用见表.常用功能陶瓷的组成、特性及应用种类性能特征主要组成用途介电陶瓷绝缘性 Al2O3、Mg2SiO4 集成电路基板热电性 PbTiO3、BaTiO3 热敏电阻压电性 PbTiO3、LiNbO3 振荡器强介电性BaTiO3 电容器光学陶瓷荧光、发光性 Al2O3CrNd玻璃激光红外透过性CaAs、CdTe 红外线窗口高透明度 SiO2 光导纤维电发色效应 WO3 显示器磁性陶瓷软磁性 ZnFe2O、γ-Fe2O3 磁带、各种高频磁心硬磁性 SrO．6 Fe2O3 电声器件、仪表及控制器件的磁芯半导体陶瓷光电效应 CdS、Ca2Sx 太阳电池阻抗温度变化效应 VO2、NiO 温度传感器热电子放射效应 LaB6、BaO 热阴极(一)工程塑料的开发利用目前,主要的工程塑料制品已有10多种,其中聚酸胺、聚甲醛、聚磷酸酯、改性聚苯酸和热塑性聚酯被称为五大工程塑料．它们的产量较大．价格一般为传统通用塑料的2—6倍．而聚摧硫酸等特种工程塑料的价格为通用塑料的5一10倍.以塑料代替钢铁、木材、水泥三大传统基本材料,可以节省大量能源、人力和物力.(二)合成橡胶的开发利用由于生产合成橡胶的原料丰富,其良好的性能又可以满足当代科技发展对材料提出的某些特殊要求,所以合成橡胶出现几十年来,品种已很丰富,一般可将其分为通用合成橡胶和特种合成橡胶两类.通用合成橡胶性能与天然橡胶相似,用于制造一般的橡胶制品,如各种轮胎、传动带、胶管等工业用品和雨衣、胶鞋等生活用品.特种合成橡胶具有耐高温、耐低温耐酸碱等优点,多用于特殊环境和高科技领域,如航空、航天、军事等方面.(三)合成纤维的开发利用合成纤维的品种有几十种,但最常见的是六大种：聚酸胺纤维(商品名尼龙)、聚胺纤维(商品名涤纶)、聚乙烯纤维(商品名腈纶)、聚丙烯纤维(商品名丙纶)、聚乙烯酸纤维(商品名维纶)、聚氯乙烯纤维(商品名氨纶).高分子合成材料具有质量小、绝缘性能好等特点,所以发展很快,但又都有先天不足,即它们都在不同程度上对氧、热和光有敏感性.但是,随着高技术的迅速发展,高分子合成材料的大军必将在经济生活中扮演举足轻重的角色.四、陶瓷材料陶瓷材料中已崛起了精细陶瓷,它以抗高温、超强度、多功能等优良性能在新材料世界独领风骚.精细陶瓷是指以精制的高纯度人工合成的无机化合物为原料,采用精密控制工艺烧结的高性能陶瓷,因此又称先进陶瓷或新型陶瓷.精细陶瓷有许多种,它们大致可分成三类.(一)结构陶瓷.这种陶瓷主要用于制作结构零件.机械工业中的一些密封件、轴承、刀具、球阀、缸套等都是频繁经受摩擦而易磨损的零件,用金属和合金制造有时也是使用不了多久就会损坏,而先进的结构陶瓷零件就能经受住这种“磨难”.(二)电子陶瓷指用来生产电子元器件和电子系统结构零部件的功能性陶瓷.这些陶瓷除了具有高硬度等力学性能外,对周围环境的变化能“无动于衷”,即具有极好的稳定性,这对电子元件是很重要的性能,另外就是能耐高温.(三)生物陶瓷生物陶瓷是用于制造人体“骨骼一肌肉”系统,以修复或替换人体器官或组织的一种陶瓷材料.精细陶瓷是新型材料特别值中得注意的一种,它有广阔的发展前途.这种具有优良性能的精细陶瓷,有可能在很大的范围内代替钢铁以及其他金属而得到广泛应用,达到节约能源、提高效率、降低成本的目的；精细陶瓷和高分子合成材料相结合．可以使交通运输工具轻量化、小型化和高效化.精陶材料将成为名副其实的耐高温的高强度材料,从而可用作包括飞机发动机在内的各种热机材料、燃料电池发电部件材料、核聚变反应堆护壁材料、无公害的外燃式发动机材料等.精细陶瓷与高性能分子材料、新金属材料、复合材料并列为四大新材料.有些科学家预言．由于精细陶瓷的出现,人类将从钢铁时代重新进入陶瓷时代编辑本段更多信息原来的陶瓷就是指陶器和瓷器的通称.也就是通过成型和高温烧结所得到的成型烧结体.传统的陶瓷材料主要是指硅铝酸盐.刚开始的时候人们对硅铝酸盐的选择要求不高,纯度不大,颗粒的粒度也不均一,成型压强不高.这时得到陶瓷称为传统陶瓷.后来发展到纯度高,粒度小且均一,成型压强高,进行烧结得到的烧结体叫做精细陶瓷.接下来的阶段,人们研究构成陶瓷的陶瓷材料的基础,使陶瓷的概念发生了很大的变化.陶瓷内部的力学性能是与构成陶瓷的材料的化学键结构有关,在形成晶体时能够形成比较强的三维网状结构的化学物质都可以作为陶瓷的材料.这重要包括比较强的离子键的离子化合物,能够形成原子晶体的单质和化合物,以及形成金属晶体的物质.他们都可以作为陶瓷材料.其次人们借鉴三维成键的特点发展了纤维增强复合材料.更进一步拓宽了陶瓷材料的范围.因此陶瓷材料发展成了可以借助三维成键的材料的通称.陶瓷的概念就发展成为可以借助三维成键的材料,通过成型和高温烧结所得到的烧结体.（这个概念把玻璃也纳入了陶瓷的范围）研究陶瓷的结构和性能的理论也得到了展开：陶瓷材料,内部微结构（微晶晶面作用,多孔多相分布情况）对力学性能的影响得到了发展.材料（光,电,热,磁）性能和成形关系,以及粒度分布,胶着界面的关系也得到发展,陶瓷应当成为承载一定性能物质存在形态.这里应该和量子力学,纳米技术,表面化学等学科关联起来.陶瓷学科成为一个综合学科详细介绍----透明陶瓷材料陶瓷具有广大的发展前景，透明陶瓷以其优异的综合性能已成为一种新型的、备受瞩目的功能材料。
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展关键词：透明氧化铝，透光率，烧结助剂，烧结工艺1引言透明氧化铝陶瓷最早是由美国Coble博士发明的，他通过在Al2O3中添加0．25wt% MgO，于1700～1800℃氢气气氛下烧结出呈半透明的氧化铝陶瓷，从此开创了透明氧化铝陶瓷研究和应用的新篇章［1］。
经过半个世纪的不懈努力和研究，科研工作者发现，通过提高氧化铝的纯度、致密度以及合理的调控显微结构，可以显著提高氧化铝陶瓷的透光性。
随着研究的不断开展，制备氧化铝陶瓷的烧结助剂得到了极大地扩展，除了MgO，一些稀土氧化物（如Y2O3、La2O3、ZrO2等）同样可以作为氧化铝陶瓷的烧结助剂，并且采用复合添加剂的效果优于单独使用MgO。
关于添加剂的引入方式，谢志鹏等［2］提出了化学沉淀包覆工艺，在1800℃氢气气氛下烧结，制备了透明氧化铝陶瓷。
与传统的球磨工艺相比，该方法能够实现添加剂在氧化铝基体中的均匀分布，从而大大提高了陶瓷的透光性。
关于透明氧化铝陶瓷的烧结技术，最近的研究工作表明，采用热等静压（HIP）、放电等离子（SPS）等特种烧结工艺可以制备出亚微米晶的高性能透明氧化铝陶瓷。
例如，Jin等［3］采用SPS工艺，于1250～1350℃，80MPa压力下烧结，制备了晶粒尺寸小于1μm，直线透光率为53%的透明陶瓷。
由于晶粒细小，其机械强度也非常优异。
此外，Mao等［4］就氧化铝晶粒光轴取向对透光性的影响进行了研究，他们通过在强磁场条件下进行透明Al2O3陶瓷浆料的注浆成型，使烧结后的Al2O3陶瓷晶粒光轴趋于一致，从而减少六方晶系Al2O3陶瓷因双折射率不同带来的光损失，显著提高透明Al2O3陶瓷的透过率。
下面就影响氧化铝陶瓷透光性的各种因素，以及氧化铝粉体选择、烧结助剂及作用、烧结工艺及透明氧化铝陶瓷的应用进行综述。
2影响氧化铝陶瓷透明性的因素2.1.1气孔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。
2024年透明陶瓷市场发展现状
透明陶瓷市场发展现状1. 前言透明陶瓷是一种具有高透明度和优异物理化学性能的陶瓷材料。
随着科技的发展和需求的增加，透明陶瓷市场逐渐展现出可观的潜力。
本文将对透明陶瓷市场的发展现状进行详细分析。
2. 透明陶瓷的定义与特点透明陶瓷是指具有高透明度的陶瓷材料，其主要成分为氧化物、氮化物或氧化硼等无机化合物。
透明陶瓷具有以下特点：•高透明度：透明陶瓷的透光率远高于传统玻璃材料，可达到90%以上。
•优异物理化学性能：透明陶瓷具有高硬度、高抗压强度、耐磨损、耐腐蚀等特点。
•耐高温性能：透明陶瓷可在高温环境下保持稳定的物理和化学性质。
•广泛应用领域：透明陶瓷的应用领域包括光学、电子、航空航天、医疗器械等。
3. 透明陶瓷市场发展情况3.1 市场规模透明陶瓷市场在过去几年呈现出快速增长的趋势。
根据市场研究报告，全球透明陶瓷市场规模从2016年的10亿美元增长到2021年的20亿美元，年均增长率达到10%以上。
3.2 透明陶瓷的应用领域目前，透明陶瓷的主要应用领域包括光学、电子、航空航天和医疗器械等。
•光学应用：透明陶瓷在光学领域有广泛应用，如激光器、光纤通信、光学器件等。
•电子应用：透明陶瓷在电子领域的应用主要包括电子器件的封装、电子陶瓷绝缘体等。
•航空航天应用：透明陶瓷在航空航天行业有重要应用，如航天器窗口、导弹头等。
•医疗器械应用：透明陶瓷在医疗器械领域的应用涵盖诊断设备、人工关节等。
3.3 市场发展驱动因素透明陶瓷市场的快速发展离不开以下几个主要驱动因素：•新技术的突破：透明陶瓷制备技术的不断创新和改进推动了产品质量的提高和成本的降低。
•产业升级需求：在光学、电子等行业快速发展的背景下，对高性能材料的需求不断增加，推动了透明陶瓷市场的扩大。
•政策支持与投资增加：各国政府对新材料产业的支持力度加大，吸引了更多的投资进入透明陶瓷领域。
4. 市场竞争态势与前景展望目前，透明陶瓷市场主要由少数几家企业垄断，市场竞争相对激烈。
透明氧化铝陶瓷的研究进展
３３烧结工艺 ．
要得到致密的、 气孔率低的透明陶瓷， 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， 这种方法生产成本低， 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 １５＂ １５＂ ７０Ｃ ８０Ｃ左右， － 并且须要在氢气或真空条件下烧成” 于真 由 空炉一般为间断操作， 不能连续生产， 都采用氢气氛烧成“ 所以 氢的原子半径小， 扩散速度 快， 气孔容易从坯体中排除而形成高透明体陶瓷” 透明陶瓷的烧结方法多种多样，除此之
其中：ａ 为线收缩系数；ｉ Ｓｍ为散射系数； ｐ为折射在不连续界面上（ Ｓ ｏ 如晶界，晶界层 等） 的散射系数” 从式（ 可知， ２ ） 要获得高的透光率， 必须使。 ＳｍＳｐ各个系数尽可能小或 ，ｉ， ｏ 趋于零“ 因此， 透明陶瓷应该没有或尽量减少象气孔和晶界等这样的吸收中心和散射中心， 同时还应是单相的，由均质晶体组成， 并具有较高的光洁度“ 所以陶瓷的晶界组织结构和残 余气孔是影响透明的主要因素“ 大量研究表明： 原料组成，制粉方式，烧结条件，烧成气氛 等都影响陶瓷的致密度， 从而对陶瓷的透光性产生了较大的影响“ 。
外 们 采 不 特 烧 方 ，如 压 结 气 烧 、 波 结 Ｐ放 等 ，人 还 用 少 种 结 法 热 烧 、 氛 竿 微 烧 及Ｓ 电 离 Ｓ
子烧结技术。
４透明陶瓷的发展趋势
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，集成电路基片， 高温耐腐蚀材料， 透明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 前的工作是制备出更具有优异性能的透明陶瓷， 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工艺， 做出掺杂浓度更高， 尺寸更 大的透明陶瓷， 并设计更好的大功率抽运系统， 提高最大输出功率和转换效率。
以“透”为审美元素的陶瓷工艺品的设计探析
以“透”为审美元素的陶瓷工艺品的设计探析1. 引言1.1 背景介绍随着时代的变迁和技术的发展，透在陶瓷工艺中的作用也在不断演变和拓展。
传统的陶瓷工艺在保持传承的基础上，开始融合更多的现代元素，透作为其中一个重要的元素之一，为传统陶瓷工艺增添了新的魅力和可能性。
在现代陶瓷设计中，透也被广泛运用，成为设计师们表现自我创意和艺术追求的重要手段之一。
本文将通过对“透”在陶瓷工艺中的作用、透与传统陶瓷工艺的融合、透在现代陶瓷设计中的应用、透作为审美元素的表现方式以及透在陶瓷工艺的发展趋势等方面的探讨，来揭示“透”在陶瓷工艺中的独特魅力和未来发展趋势。
透明的陶瓷制品不仅是一种艺术品，更是一种文化的传承和创新，它们将为陶瓷工艺注入新的活力，成为未来发展的重要趋势和方向。
1.2 研究意义陶瓷工艺品一直以来都是人们喜爱的艺术品之一，而透作为审美元素在陶瓷工艺品中的运用，更是展现了一种独特的美感。
本研究旨在探析透在陶瓷工艺品设计中的作用和意义，通过对透在传统和现代陶瓷工艺中的应用进行深入分析，可以帮助人们更加深入地了解透作为审美元素在陶瓷工艺中的重要性和特殊之处。
通过本研究，可以帮助陶瓷工艺设计师更好地运用透这一审美元素，提升其作品的艺术水平和观赏性，同时也可以促进陶瓷工艺领域的创新和发展。
对透在陶瓷工艺中的发展趋势和未来发展进行展望，可以为相关从业者提供参考和启发，促进陶瓷工艺行业的繁荣和发展。
本研究具有一定的理论意义和实践价值，对于推动陶瓷工艺品设计的创新和提升将具有积极的促进作用。
2. 正文2.1 透在陶瓷工艺中的作用透还可以增强陶瓷作品的艺术表现力。
通过透的设计，可以在陶瓷作品中形成虚实相间、光影交错的效果，使作品更加具有艺术性和表现力。
透可以使作品在光线的照射下呈现出不同的效果，让人们在不同角度欣赏时都能发现新的美感。
透还可以提升陶瓷作品的实用性。
透的设计可以使作品更加轻便、透气，有助于提高陶瓷作品的实用性和功能性。
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文章编号:1000-2278(2002)04-0246-05透明陶瓷的研究现状与发展展望刘军芳 傅正义 张东明 张金咏(武汉理工大学)摘 要简要地论述了国内外对透明陶瓷的研究现状,重点介绍了透明陶瓷制备中出现的新方法和新工艺,探讨了气孔和晶界组织结构等因素对透明陶瓷的透光性能的影响,并对透明陶瓷研究的发展提出了自己的看法。
关键词:透明陶瓷,制备工艺,气孔率中图法分类号:TQ174.75+8 文献标识码:ATHE RESEARCH SITUATION AND DEVELOPMENT PROSPECTOF TRANSPARENT CERAMICSLiu Jun f ang Fu Zhenyi Zhang Dongming Zhang Jinyong(Wuhan University of Science and Technology)AbstractTHe current research situation for transparent ceramics was introduced.It mainly focused on the new method and new technology appeared in the transparent cera mics preparing.Meanwhile it simply discussed the effect of pores and grain boundaryorganization structure on the transmittance of transparent ceramics,and at the same time the author present her own opinion.Keywords transparent cera mics,prepara tion technics,porosity1 前 言自1962年R.L.C oble 首次报导成功地制备了透明氧化铝陶瓷材料以来,为陶瓷材料开辟了新的应用领域。
这种材料不仅具有较好的透明性,且耐腐蚀,能在高温高压下工作,还有许多其他材料无可比拟的性质,如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等,所以逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用112。
近38年来,世界上许多国家,尤其是美国、日本、英国、俄罗斯、法国等对透明陶瓷材料作了大量的研究工作,先后开发出了Al 2O 3、Y 2O 3、MgO 、CaO 、TiO 2、ThO 2、ZrO 2等氧化物透明陶瓷以及Al N 、ZnS 、ZnSe 、MgF 2、CaF 2等非氧化物透明陶瓷12-32。
2 透明陶瓷的制备工艺透明陶瓷的制备过程包括制粉、成型、烧结及机械加工的过程。
为了达到陶瓷的透光性,必须具备以下条件142:(1)致密度高;(2)晶界没有杂质及玻璃相,或晶界的光学性质与微晶体之间差别很小;(3)晶粒较小而且均匀,其中没有空隙;(4)晶体对入射光的选择吸收很小;(5)无光学各向异性,晶体的结构最好是立方收稿日期:2002-03-06作者简介:刘军芳,武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,430070第23卷第4期2002年12月陶瓷学报JOURNAL OF CERAMICSVol.23,No.4Dec.2002晶系;(6)表面光洁度高。
因此,对制备过程中的每一步,都必须精确调控,以制备出良好的透明陶瓷材料。
2.1 粉料制备透明陶瓷的原料粉有四个要求152:(1)具有较高的纯度和分散性;(2)具有较高的烧结活性;(3)颗粒比较均匀并呈球形;(4)不能凝聚,随时间的推移也不会出现新相。
传统的粉料制备方法主要有固相反应法、化学沉淀法、溶胶)凝胶法以及不发生化学反应的蒸发)凝聚法(PVD)和气相化学反应法。
除此之外,新的陶瓷制粉工艺也不断的涌现出来,如激光等离子体法、喷雾干燥法和自蔓延法等。
制备粉料的方式对陶瓷的透光性有很大的影响。
金属氧化物球磨方法制备粉料,粉料的细度不能得到保证,固相反应时,粉料的活性低,颗粒粗,即使采用热压法烧结,也不易形成高密度的陶瓷,且陶瓷的化学组成和均匀性差。
而化学工艺制备粉料的显著特点是能获得纯度、均匀、细颗粒的超微粉,合成温度显著下降,这种粉料制备的陶瓷,其致密度可达理论密度的99.9%或更高。
一般的化学方法,包括沉淀法、溶胶)凝胶法等制备出的原料粉具有高的分散度,从而保证其良好的烧结活性。
这是因为高的分散度的颗粒具有较大的表面能,而表面能是烧结的动力,同时用化学方法制备陶瓷原料粉能较好的引入各类添加剂。
例如,人工晶体研究所的黄存新等就是采用金属醇盐法合成尖晶石超细粉末。
他们将金属铝和镁分别与异丙醇、乙醇反应生成醇盐化合物,再将其混合、水解、干燥、高温煅烧,即得到性能良好的尖晶石粉料以制备透明铝酸镁陶瓷162。
激光气相法是利用当光与物质发生相互作用时,物质的原子或分子将吸收某些特定波长的光子而处于激发态,这些激发态的原子或分子进行重新组合,从而发生化学反应的原理,采用合适的光照射反应物分子提供活化能,使其活化。
提供能量的方式很多,但在通常的方法中所提供能量的能谱分布很宽,除了采用特种催化剂外,是没有很好的选择性的。
由此而导致的化学反应过程往往包含着某些不需要的副反应,从而影响产物的纯度。
由于激光单色性好,谱线很窄,光强极高,用激光辐射为反应系统提供能量,可大大改善反应的选择性,提高生成物纯度。
在陶瓷粉末的激光合成技术中,所采用的激光器是CO 2,其辐射是在红外波段内,例如蔺恩惠等人就是采用脉冲CO 2激光作辐射光源,以TiCl 4以及O 2作反应物,利用脉冲红外激光诱发的自由基反应成功地合成了TiO 2纳米粉。
其工艺简单,成本较低,产品的质量较高,是很有发展前途的方法之一172。
自蔓延高温合成法(SHS)是指对于放热反应的反应物,经外热源点火而使反应启动,利用其放出的热量,使反应自行维持,并形成燃烧波向下传播。
其反应物可以是粉末、液体或气体。
由于反应的速度极快,产物经过温度骤变的过程,处于亚稳态,粉末的烧结活性高,反应中的高温使易挥发的杂质挥发,从而得到较纯净的产物。
其装置图如图1。
图1 SHS 反应过程示意图Fig.1 Schematic diagram of SHS reactio processSHS 法制备粉料优于传统的方法,其优点在于:(1)纯度高,SHS 法经过一个高温过程,许多杂质尤其是有机物在高温下挥发,而粉料表面的氧化膜也被还原;(2)活性大,SHS 法反应迅速,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,产物的活性大大提高,易于进一步烧结致密化。
例如上海硅酸盐研究所的张宝林、庄汉锐等人就是以铝粉、高压氮气为原料,将铝粉、氮化铝粉稀释剂以及氯化铵和氟化氨的混合物置于有机球磨桶中,以氮化铝球为球磨弹子,干混,然后在高压容器中,氮气压力下,以钛粉为引火剂,用通电钨线圈点火,使铝粉与氮气发生燃烧,用SHS 法反应生成高氮含量、低氧含量的氮化铝粉182。
2.2 成型技术透明陶瓷成型可以采用各种方法,如泥浆浇注、热塑泥浆压铸、挤压成型、干压成型以及等静压成型等。
干压成型是将粉料加少量结合剂,经过造粒然后将造粒后的粉料置于钢模中,在压力机上加压形成一定形状的坯体。
干压成型的实质是在外力作用下,借助内摩擦力牢固的把各颗粒联系起来,保持一定的形状。
实践证明,坯体的性能与加压方式、加压速度和保压时间有较大的联系。
干压成型具有工艺简单、操作方便、周期短、效率高、便于实行自动化生产等优点,而且制出的坯体密度大,尺寸精确,收缩小,机械强度高,电性能好。
但干压成型也有不少缺点,如模具磨损大,加工复杂,成本高,加压时压力分布不均匀,导致密度不均匀和收缩不均匀,以致产生开裂、分层等现象。
等静压成型是利用液体介质不可压缩性和均匀传递压力性的一种成型方法,它将配好的坯料装入塑料或橡胶做成的弹性模具内,置于高压容器中,密封后,打入高压液体介质,压力传递至弹性模具对坯体加压。
等静压成型有如下特点:(1)可以生产形状复杂、大件及细长的制品,而且成型质量高;(2)成型压力高,而且压力作用效果好;(3)坯体密度高而且均匀,烧成收缩小,不易变形;(4)模具制作方便,寿命长,成本较低;(5)可以少用或不用粘接剂192。
2.3 烧结方法透明陶瓷的烧结方法多种多样,最常用的是常压烧结,这种方法生产成本低,是最普通的烧结方法。
除此之外,人们还采用不少特种烧结方法,如热压烧结、气氛烧结、微波烧结及SPS 放电等离子烧结技术。
热压烧结是在加热粉体的同时进行加压,因此烧结主要取决于塑性流动,而不是扩散。
对于同一种材料而言,压力烧结与常压烧结相比,烧结温度低得多,而且烧结体中气孔率也低;另外由于在较低的温度下烧结,就抑制了晶粒的成长,所得的烧结体致密,且具有较高的强度。
热压烧结的缺点是加热、冷却时间长,而且必须进行后加工,生产效率低,只能生产形状不太复杂的制品。
气氛烧结是透明陶瓷常用的一种烧结工艺。
为了使烧结体具有优异的透光性,必须使烧结体中气孔率尽量降低(直至零)。
但在空气中烧结时,很难消除烧结后期晶粒之间存在的孤立气孔,相反,在真空或氢气中烧结时,气孔内的气体被置换而很快地进行扩散,气孔就易被消除。
除了Al 2O 3透明陶瓷外,MgO 、BeO 、Y 2O 3等透明陶瓷均可以采用气氛烧结。
微波烧结是利用在微波电磁场中材料的介电损耗使陶瓷及其复合材料整体加热至烧结温度而实现致密化的快速烧结的新技术。
微波烧结的速度快、时间短,从而避免了烧结过程中陶瓷晶粒的异常长大,最终可获得高强度和高致密度的透明陶瓷。
微波烧结工艺中的关键是如何保证烧结试样的温度均匀性和防止局部区域热断裂现象,这可以从改进电场的均匀性和改善材料的介电、导热性能等方面考虑。
1102放电等离子烧结是90年代发展并成熟的一种烧结技术,其装置示意如图2。
1.sintering die;2.graphite plates;3.ram;4.graphi te punch;5.sample;6.on-off pulsed generator;7.optical pyrometer图2 SPS 设备装置图Fig.2 Installation diagram of SHS devicesSPS 装置设备非常类似于热压烧结炉,所不同的是这一过程给一个承压导电模具加上可控脉冲电流,脉冲电流通过模具,也通过样品本身,并有一部分贯穿样品与模具间隙。
通过样品及间隙的部分电流激活晶粒表面,击穿孔隙内残余气体,局部放电,甚至产生等离子体,促进晶粒间的局部结合,通过模具的部分电流加热模具,给样品提供一个外在加热源。