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    影響透明陶瓷透光性能的因素有哪些?

    作者: 來源: 日期:2019/4/11 8:35:16 人氣:197 標簽:透明陶瓷透光性能

    所謂透明陶瓷就是能透過光線的陶瓷。通常陶瓷是不透明的,其原因是陶瓷材料內部含有的微氣孔等缺陷對光產生折射和散射作用,使得光線幾乎無法透過陶瓷體。1959年通用電氣公司首次提出了一些陶瓷具有可透光性,隨后1962年R.L.Coble首次制備了半透明的Al2O3陶瓷證實了這一點,同時也為陶瓷材料開辟了新的應用領域。


    普通陶瓷由于對光有較強的反射,因而是不透明的。大量的研究結果表明:影響陶瓷透光性能的因素有氣孔率、晶界結構、燒成制度、原料與添加劑和表面加工光潔度幾個方面。


    氣孔率


    對透明陶瓷透光性能影響最大的因素是氣孔率,可更細分為氣孔尺寸、數量、種類。普通陶瓷即使具有高的密度,往往也是不透明的,這是因為其中有很多閉口氣孔,陶瓷體中閉口氣孔率從0.25%變為0.85%時,透過率降低33%。許多文獻指出,總氣孔率超過1%的氧化物陶瓷劇本上是不透明的,因此,生產具有較高透光率陶瓷的一個主要條件,就是最大限度降低增加光散射的殘余氣孔率,特別是顯微氣孔率。


    陶瓷內的氣孔可以存在于晶體之間和晶體內部。晶體之間的氣孔處于晶界面上容易排除,它可以隨著晶界的移動而遷移,最終排出體外,而晶體內部的氣孔即使是小于微米級的也很難排除,而且在封閉氣孔中還能進入水蒸氣、氮氣和碳等。因此晶體內氣孔對于獲得透明陶瓷是最危險的,從而應該在任何工藝階段防止氣孔的產生。


    晶界結構


    晶界結構對透明陶瓷的透光性能也有較大影響。它破壞了陶瓷體的光學均勻性,也會引起光的反射和散射,導致材料的透光率下降。當單位體積內晶界數量較多,晶體配置雜亂無序時,入射光透過晶界,必然引起光的連續反射、折射,這樣其透光率也就降低。而規則的晶體排列則會為光線提供定向的光通路,減少晶界對光的折射。因此晶界應微薄、透光性好,沒有氣孔、第二相界夾雜物及位錯等缺陷。


    燒成制度


    燒成制度影響陶瓷材料的透明度,一般的陶瓷燒結溫度更高才能排除氣孔,達到透明化燒結。燒結透明陶瓷時,要根據燒結材料的性能和坯體的性能及大小來確定最終燒結溫度。燒結透明陶瓷時,必須控制升溫速度,確定整個坯體均勻加熱,控制晶體生長速度和經歷尺寸,并達到消除氣孔的目的。保溫時間的選擇可依照晶粒的大小和氣孔有無而定,冷卻制度的確定應以陶瓷無變形且無應力為準。


    透明陶瓷和普通陶瓷不同,最后需經真空、氫氣氣氛或其它氣氛中燒成。在真空或氫氣氣氛中,陶瓷燒結體的氣孔被置換后很快的進行擴散,從而達到消除氣孔的目的,使用這種燒結方法能制成透明陶瓷。


    原料與添加劑


    原料的純度是影響透明性諸多因素中的主要因素之一,原料中雜質容易生成異相,形成光的散射中心,減弱透射光在入射方向的強度,降低陶瓷的透光率,甚至失透。當原料的粒度很小,處于高度分散,燒結時微細顆??煽s短氣孔擴散的路程,顆粒越細,氣孔擴散到境界的路程就越短,容易排除氣孔和改善原料的燒結性能,使透明陶瓷結構均勻,透過率高。原料的活性不僅與原料的分散狀態且與原料的相變或預燒溫度有關,預燒溫度過高,則活性降低;過低則相變轉化不完全,制品在燒結過程中會產生變形等不良影響。


    為了獲得透明陶瓷,有時需要加入添加劑,抑制晶粒生長。添加劑的用量一般很少,所以要求添加劑能均勻分布于材料中。另外,添加劑還能完全溶于主晶相,不生成第二相物質 ,也就是說,不破壞系統的單相性。


    表面加工光潔度


    透明陶瓷的透光度受表面加工光潔度的制約。燒結后未經處理的陶瓷表面具有較高的粗糙度,即呈現微小的凹凸狀,光線入射到這種面上會產生漫反射。其表面的粗糙度越大,則其透光性能就越差。陶瓷表面的粗糙度除了與原料的細散度有關,一般應對陶瓷的表面進行研磨和拋光。只有在陶瓷表面的光潔度達到11~13光潔度后,才可能把透光率提高到受燒結時陶瓷吸收中心和散射中心清除率制約的最高可能程度。


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