mgalon透明陶瓷的制备研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文T竺竺!竺11曼粤ih!壁竺竺!图l1光在多晶陶瓷中传输时的强度损失示意图Fi911Sketchmapforlossesoftheoriginalintensitywhenlighttramsmissionthrough8polyerystallineisolator图l1是光在陶瓷材料传输中所产生的损失示意图。当光束照射至样品的表面时，会产生7％8％的反射。光在样品中传输，在穿过晶界时，由于晶界与晶粒折射率的不同会发生散射㈣，光的强度叉一次产生损失。一股所剖备的陶瓷材料中都会存在气孔，杂质等第二相物质，这些物质的折射率与

2、晶粒差别较大，发生严重的散射现象．因而光的强度再次产生严重的损失。影响透明陶瓷陶瓷的结构性理论认为：透射光强度定律公式‘划：1=x0(t一詹)。exp{一∽+Sp十S)f)(1-1)式中，d为基体的吸收系数，品为气孔或第二相的散射系数，s6为晶界或晶界层的散射系数。由此可知，当材料的种类和威分一定时，其对光波的吸收系数是一定的，其透过率主要受气孔、第二相、晶界等散射因素的影响。散射系数的公式为：S=24一H；Ⅳ矿2(H2一月；)，{(月2十2n；)^4}其中，一。为基体材料的折射率．Ⅳ为散射源的个数(气孔和异相粒子)为散射源的体积个数，一为各个散

3、射源的折射率。{1-2)，矿武汉理工大学硕士学位论立根据光在陶瓷传输中所产生的损失及透射光强度定律可知，影响陶瓷透光的因素主要有晶体结构、晶界结构、晶粒大小、气孔的大小、气孔的体积比率、第二相杂质及样品表面加工的光洁度等。其中第二相杂质除了在制备过程中引入阻外或产生外，还可能是由原料不纯引起的，因此原料的性能也是一个重要的影响因素。1．2．1．原辩粉体性能的影响原料粉体的纯度和粒度大小及分布与透明陶瓷材料的光学透过性能密切相关川。首先原料粉体纯度极大地影响着羯瓷烧结体的均匀性和微观组织结构㈤，纯度低的原料粉体会导致烧结体中较多的第二相杂质和各种结

4、构缺陷的产生，从而破坏陶瓷材料的光学均匀性。由于折射率的差异，第二相杂质将产生光的反射和折射，会成为光的严重散射点；相反，高纯度的原料可减少第二相的产生和各种结构缺陷的出现，有益于透明陶瓷材料光学透过率的提高。此外，当原料粉体的粒径尺寸小且处于高度分散时，烧结时微细颗粒可缩短气孔扩散的距离，有利于气孔的排除和原料烧结性能的改善，使透明陶瓷结构均匀，光学透过性能优异1331,同时，小晶粒的原料且有大的烧结驱动力，有利于烧结体致密化聊,351。2．2．晶体结构的影响图I2厚度对A1203和立方Mg—A1失晶石光学性能的影响‘蛳Fi912Differe

5、ntresponsetolargerthickness：AE03andcubicMg-A1一spinel如图I2所示，透明A1203陶瓷随厚度的增加，逐渐由透明变为不透明，这是由于A1203为六方结构．存在双折射现象。当厚度增加时，双折射导致的散射明武汉理工大学硕士学位论文显的体现出来，使样品不再透明。相反，具有立方结构的Mg—A1尖晶石在厚度为12mm时仍具有良好的光学性能。这说明透明陶瓷材料晶体结构的选择非常重要，立方结构材料最佳。1．2．3．晶界结构的影响透明陶瓷材料晶界干净清晰【3¨。陶瓷材料通常包含大量晶界，当光入射到晶粒内部，与晶界相

6、遇时会产生折射和反射。如果晶界与晶粒的折射率相同时，就不会发生折射和反射：．如果晶界与晶粒之间折射率存在一定的差异，则会根据差异的大小产生不同程度的折射和反射，影响透过率【371。·1．2．4．气孔的影响气孔是严重影响透明陶瓷光学透过性能的因素[3H，因此通常透明陶瓷的致密度很高，且要求接近理论密度。当陶瓷烧结体中闭气孔率从0．25％增加到0．85％时，其光学透过率将会降低33％【381。不同尺寸的气孔对材料透光性产生的影响也不相同，当气孔直径小于入射光波波长Z／3时，将会产生Rayeigh散射；而气孔直径与光波波长九相接近时，则产生Mie散射：

7、当气孔直径大于光波波长九时，会产生反散射折射【391。为了降低气孔率，透明陶瓷一般采用热压或热等静压烧结制备。除此之外，有些体系还需加入烧结助剂，女nMgO、Y203、La203、CaF2等，以提高致密度。烧结助剂的用量一般很少，而且要求烧结助剂均匀分布于材料中，另外，烧结助剂还应能完全溶于主晶相中，不形成第二相物质，即不会破坏系统的单相性。1．2．5．表面加工的影响透明陶瓷材料表面光洁度影响透明陶瓷的透过率。光线入射到粗糙表面上会发生漫反射。陶瓷烧结体表面的粗糙度越大，透过率就越低。陶瓷表面经研磨后透过率一般可从40％q5％增加到50％一60％

8、以上，抛光可能达N80％t4Ⅲ。由以上分析可知，要使陶瓷具有良好的光学透过性，就应该从体系的设计、原料粉体、制备工艺上消除对光散射的各种