[科普中国]-光学陶瓷

光学陶瓷又称透明陶瓷(transparent ceramics)，能透过可见光的陶瓷材料的总称。

制作条件选用高纯、超细等轴晶系或具有高级晶轴的物质作主晶相，严格控制改性添加剂用量和烧结条件，使制品成为光学均质体。这样制出的陶瓷即具有透明性能。1

陶瓷品种因原料类型、制法差异、所得产品品种不同，还分别具有、耐高温、耐腐蚀、耐冲刷、高强度等优异特性。

常用的光学陶瓷有氧化铝、氧化镁、三氧化二钇(Y2O3)、氟化钙、氧化铍、三氧化二钆(Gd2O3)、氧化钙、氧化钍(ThO2)和锆钛酸铅镧陶瓷(PLZT)等。

陶瓷应用他们在电学、光学、计算机技术、红外技术、空间技术、激光技术、防辐射装置、新型电光源、高温装置等方面均有广泛应用。也可作化工、冶金等工业装置的耐温、耐腐蚀等的材料。

透明陶瓷《透明陶瓷》是2008年12月1日上海科学普及出版社出版的图书，作者是施剑林、冯涛。本书介绍了透明陶瓷的制备工艺、透明陶瓷概述等内容。2

用途一般陶瓷是不透明的，但是光学陶瓷像玻璃一样透明，故称透明陶瓷。一般陶瓷不透明的原因是其内部存在有杂质和气孔，前者能吸收光，后者令光产生散射，所以就不透明了。因此如果选用高纯原料，并通过工艺手段排除气孔就可能获得透明陶瓷。早期就是采用这样的办法得到透明的氧化铝陶瓷，后来陆续研究出如烧结白刚玉、氧化镁、氧化铍、氧化钇、氧化钇-二氧化锆等多种氧化物系列透明陶瓷。近期又研制出非氧化物透明陶瓷，如砷化镓、硫化锌、硒化锌、氟化镁、氟化钙等。3

民用最早是使用在灯具上。高压钠灯是一种发光效率很高的电光源，但在钠蒸气放电时产生1000℃以上的高温，具有很强的腐蚀性，玻璃灯管根本没法耐受，所以高压钠灯一直没能问世，直到有了透明陶瓷，上海狼影高庄钠灯才得到实际应用，除高压钠灯外，透明陶瓷还使用于其它新型灯具，如铯灯、铷灯、钾灯等。

电焊工人操作时，要不断地把面罩举起拿下，十分不方便。有一种锆钛酸铅镧透明铁电陶瓷，能透光，耐高温，用它造成具有夹层的护目镜，能根据光线的亮暗自动进行调节，有了这种护目镜，电焊工人工作起来就十分方便。这种护目镜，正在核试验工作人员和飞行员中得到广泛的作用。

军用响尾蛇导弹头部的红外探测器，外面有一个整流罩，它不仅要有足够的强度，还要能透过红外线，以确保导弹能跟踪敌机辐射的红外线。担当此任的材料只有透红外陶瓷，响尾蛇导弹的整流罩就是用透红外陶瓷做的。

美国空军研究实验室与美国Surmet公司一起对以特殊透明陶瓷为基础的新型防弹护板进行了试验，最近几年Surmet公司一直坚持研究这种透明陶瓷。

ALON新型材料进入市场的商标为ALON，它是“氮氧化铝”的缩写，ALON是一种多晶体，并且完全是透明的，其晶粒大小为80～250微米。从外表看ALON板就像蓝宝石，ALON的化学公式为Al(64+x)/3O32-xNx，式中的X可以从2到5。

在最近的试验中由几层ALON、玻璃和聚合物组成的双层中空玻璃出色地经受了从7.62毫米口径手枪连续射出的穿甲弹，同时双层中空玻璃的重量比普通防弹玻璃轻一半。

ALON可以在各个领域找到广泛应用，例如利用它可以制成特别耐磨损的超市条码扫描器窗口。但是要大量推扩应用ALON的障碍是其价格比传统防弹玻璃贵3～5倍，此外还需要对建造新型炉子进行大量投资，以便能制取在工业规模中应用的大量材料。但是ALON的低重量与高强度比产品的价格更为重要，它已经显示出其不可替代的优点。

种类高温陶瓷这些透明陶瓷不仅有优异的光学性能，而且耐高温，一般它们的熔点都在2000℃以上。如氧化钍-氧化钇透明陶瓷的熔点高达3100℃，比普通硼酸盐玻璃高1500℃。透明陶瓷的重要用途是制造高压钠灯，它的发光效率比高压汞灯提高一倍，使用寿命达2万小时，是使用寿命最长的高效电光源。高压钠灯的工作稳定高达1200℃，压力大、腐蚀性强，选用氧化铝透明陶瓷为材料成功地制造出高压钠灯。透明陶瓷的透明度、强度、硬度都高于普通玻璃，它们耐磨损、耐划伤，用透明陶瓷可以制造防弹汽车的窗、坦克的观察窗、轰炸机的轰炸瞄准器和高级防护眼镜等。

热敏型玻璃陶瓷透明陶瓷的制造是有意识地在玻璃原料中加入一些微量的金属或者化合物（如金、银、铜、铂、二氧化钛等）作为结晶的核心，在玻璃熔炼、成型之后，再用短波射线（如紫外线、X射线等）进行照射，或者进行热处理，使玻璃中的结晶核心活跃起来，彼此聚结在一起，发育成长，形成许多微小的结晶 ，这样，就制造出了玻璃陶瓷。用短波射线照射产生结晶的玻璃陶瓷，称为光敏型玻璃陶瓷，用热处理办法产生结晶的玻璃陶瓷，称为热敏型玻璃陶瓷。

透明陶瓷的机械强度和硬度都很高，能耐受很高的温度，即使在一千度的高温下也不会软化、变形、析晶。电绝缘性能、化学稳定性都很高。光敏型玻璃陶瓷还有一个很有趣的性能，就是它能象照相底片一样感光，由于这种透明陶瓷有这样的感光性能，故又称它为感光玻璃。并且它的抗化学腐蚀的性能也很好，可经受放射性物质的强烈辐射。它不但可以象玻璃那样透过光线，而且还可以透过波长10微米以上的红外线，因此，可用来制造立体工业电视的观察镜，防核爆炸闪光危害的眼镜，新型光源高压钠灯的放电管。

透明陶瓷的用途十分广泛，在机械工业上可以用来制造车床上的高速切削刀，汽轮机叶片，水泵，喷气发动机的零件等，在化学工业上可以用作高温耐腐蚀材料以代替不锈钢等，在国防军事上，透明陶瓷又是一种很好的透明防弹材料，还可以做成导弹等飞行器头部的雷达天线罩和红外线整流罩等；在仪表工业上可用作高硬度材料以代替宝石，在电子工业上可以用来制造印刷线路的基板和镂板，在日用生活中可以用来制作各种器皿，瓶罐，餐具等等。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学