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隨著科技的發(fā)展，將陶瓷變得透明早已不是一個(gè)難題。目前行業(yè)內(nèi)把這些具備一定透光性的多晶材料稱為透明陶瓷或光學(xué)陶瓷，它們不僅在光學(xué)表現(xiàn)上優(yōu)于傳統(tǒng)玻璃或樹脂類的光學(xué)材料，更在強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕與耐高溫的特性表現(xiàn)中相當(dāng)優(yōu)異，因此可應(yīng)用于條件極度嚴(yán)苛的環(huán)境或是工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，如國防工業(yè)、特殊工業(yè)設(shè)備等，未來技術(shù)發(fā)展上具有極大潛力。
透明陶瓷
自打20世紀(jì)60年代初美國GE公司的Coble研發(fā)出了第一塊半透明的氧化鋁陶瓷，開辟出新的陶瓷研究方向后，透明陶瓷的發(fā)展就以一日千里的速度行進(jìn)著，先后出現(xiàn)了Y2O3、MgO、MgAl2O4、Y3Al5O12、AlON、PLZT、CaF2等幾十種透明陶瓷材料。
其中氧化釔（Y2O3）一直是透明陶瓷領(lǐng)域中的研究重點(diǎn)，它屬立方晶系，具有光學(xué)性能的各軸同向性，與透光氧化鋁的異方性相比影像較不失真，因此逐漸被高階的鏡頭或是軍事光學(xué)窗所重視與發(fā)展。其物理化學(xué)性質(zhì)的主要特點(diǎn)是：
①熔點(diǎn)高，化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性好，光學(xué)透明性范圍較寬（0.23～8.0μm）；
②在1050nm處，其折射率高達(dá)1.89，使其具有80%以上的理論透過率；
③Y2O3具有足以容納大多數(shù)三價(jià)稀土離子發(fā)射能級的、較大的導(dǎo)帶到價(jià)帶的帶隙，可以通過稀土離子的摻雜，實(shí)現(xiàn)發(fā)光性能的有效裁剪，從而實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用的多功能化；
④聲子能量低，其最大聲子截止頻率大約為550cm–1，低的聲子能量可以抑制無輻射躍遷的幾率，提高輻射躍遷的幾率，從而提高發(fā)光量子效率；
⑤熱導(dǎo)率高，約為13.6W/(m·K)，高的熱導(dǎo)率對其作為固體激光介質(zhì)材料極為重要。
日本神島化學(xué)公司研制的氧化釔透明陶瓷
從本質(zhì)來看，Y2O3透明陶瓷的制備與其他特種陶瓷的并無太大差別，大多數(shù)特種陶瓷制備工藝都可以延用到透明陶瓷制備領(lǐng)域，然而透明陶瓷制備對工藝過程的每個(gè)環(huán)節(jié)均十分敏感，尤其粉體和燒結(jié)兩個(gè)環(huán)節(jié)。
1.粉體方面
高質(zhì)量粉體的選擇是獲得高性能透明陶瓷的關(guān)鍵，粉體的尺寸、粒徑分布、形狀以及顆粒的團(tuán)聚狀態(tài)都會(huì)直接影響到陶瓷在燒結(jié)過程中的致密化行為和燒結(jié)體的微觀結(jié)構(gòu)。理想的粉體性能包括：
①亞微米尺寸，較小的顆粒尺寸能夠獲得較高的燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力，但是過細(xì)的粉體由于比表面能較高，極易發(fā)生團(tuán)聚；
②尺寸分布較窄，較窄的尺寸分布可以避免差分收縮的發(fā)生，尺寸粒徑大小匹配不均勻時(shí)，會(huì)導(dǎo)致在成型過程中產(chǎn)生應(yīng)力從而導(dǎo)致陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)不均勻；
③化學(xué)純度高，在透明陶瓷的制備過程中，要避免雜質(zhì)和雜相的存在，且防止實(shí)驗(yàn)過程中粉體被污染；
④粉體分散性好，顆粒團(tuán)聚會(huì)使粉體的比表面積降低，燒結(jié)活性下降，并且導(dǎo)致不一致的晶界遷移率而不利于陶瓷的致密化。
目前Y2O3基透明陶瓷粉體的制備方法主要有兩種：一是以商業(yè)的高純粉體為原料，添加一定量的燒結(jié)助劑，利用球磨工藝獲得陶瓷粉體，然后燒結(jié)制備透明陶瓷；二是采用濕化學(xué)法/氣相法制備高燒結(jié)活性的Y2O3超細(xì)粉體，然后不添加任何燒結(jié)助劑的情況下燒結(jié)獲得透明陶瓷，這樣制備的粉體可在原子尺度混合，有效控制粉體的形貌，還具有尺寸分布窄、雜質(zhì)含量低等優(yōu)點(diǎn)。
2.燒結(jié)方面
燒結(jié)是陶瓷制備過程中必不可少的關(guān)鍵步驟，不同的燒結(jié)技術(shù)和燒結(jié)工藝都會(huì)對陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大的景影響。要制備透明陶瓷，就需要在燒結(jié)過程中使壞體盡可能完全致密化，且內(nèi)部無氣孔等散射中心，這樣才能提高陶瓷的光學(xué)質(zhì)量。
目前Y2O3基透明陶瓷報(bào)道的燒結(jié)方法主要有：熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、真空燒結(jié)和氫氣氛燒結(jié)（干氫、濕氫），其致密化機(jī)理可以概括為純固相高溫?zé)Y(jié)、液相燒結(jié)/瞬時(shí)液相燒結(jié)、壓力輔助燒結(jié)和固溶活化燒結(jié)。不過為了提高Y2O3透明陶瓷的光學(xué)質(zhì)量和降低燒結(jié)溫度，往往將幾種燒結(jié)方法聯(lián)合使用。
Y2O3因優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)被廣泛應(yīng)用并潛在開發(fā)，主要包括：導(dǎo)彈的紅外窗口和球罩、可見和紅外透鏡、高壓氣體放電燈、陶瓷閃爍體以及陶瓷激光器等領(lǐng)域。
1.高壓氣體放電燈燈管
Y2O3具有立方相結(jié)構(gòu)，光學(xué)性能各向同性，化學(xué)穩(wěn)定性高，能耐金屬鈉蒸氣和其他金屬鹵化物蒸氣腐蝕，很早以來，人們就期望將其應(yīng)用于高強(qiáng)度氣體放電燈領(lǐng)域。Wei將La2O3增強(qiáng)Y2O3制成陶瓷金屬鹵化物燈燈管，下圖是金屬鹵化物燈一體管照片。
2.窗口材料
在3~5μm具有良好光學(xué)透過性能的材料在軍事領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。大多數(shù)氧化物，如Al2O3單晶、ALON和MgAl2O4透明陶瓷等，在低于5μm波長處的透過率即開始降低，而Y2O3在0.23～8.0μm具有較好的透過率。
3.閃爍陶瓷
有文獻(xiàn)報(bào)道，GRESKOVICHC等在Yttralox研究的基礎(chǔ)上，拋棄ThO2作為燒結(jié)助劑，采用高溫氫氣氛燒結(jié)制備(Y,Gd)2O3:Eu,Pr透明陶瓷。Gd2O3的摻雜大大提高樣品的密度，同時(shí)也提高其X射線吸收系數(shù)，該材料由于具有較高的光輸出、較短的余輝時(shí)間以及與探測器匹配的發(fā)射峰位，作為陶瓷閃爍體已裝備于GE醫(yī)療部門所生產(chǎn)的X–CT，每年的產(chǎn)量以噸計(jì)，具有很高的商業(yè)價(jià)值。
4.透明激光陶瓷
激光具有高能量密度、高度方向性和相干性的特點(diǎn)，在現(xiàn)代制造業(yè)中，激光加工是目前最先進(jìn)的加工技術(shù)之一。而自2000年Nd3+:YAG透明陶瓷成功獲得激光輸出以來，世界范圍內(nèi)掀起了激光陶瓷研究的熱潮。
2001年，Lu等首次報(bào)道LD泵浦條件下Nd3+:Y2O3基透明陶瓷的激光輸出：采用摻雜摩爾分?jǐn)?shù)為1.5%的Nd3+:Y2O3透明陶瓷塊體，以807nm的LD為泵浦源，在742mW的泵浦功率下，獲得160mW的激光輸出，其斜率效率為32%，實(shí)驗(yàn)過程中同時(shí)獲得波長為1074.6nm和波長為1078.6nm的激光輸出。此后，采用Y2O3透明陶瓷，分別實(shí)現(xiàn)了多種形式的連續(xù)、飛秒鎖模激光輸出。
5.Y2O3透明陶瓷的上轉(zhuǎn)換發(fā)光
Y2O3作為優(yōu)異的發(fā)光材料基質(zhì)，早已應(yīng)用于燈用熒光粉及電致發(fā)光等領(lǐng)域。研究表明：Y2O3還具有較低的聲子能量（550cm-1），與目前上轉(zhuǎn)換效率較高的ZBLAN玻璃（一種氟化物玻璃，其聲子能量為500cm-1左右）相當(dāng)。2002年，章健嘗試稀土摻雜氧化釔透明陶瓷的上轉(zhuǎn)換發(fā)光研究：采用濕化學(xué)法合成稀土離子摻雜氧化釔納米粉體，在氫氣氛中、1850℃保溫3h，可以實(shí)現(xiàn)透明化；樣品尺寸為φ30mm×3 mm的透明Y2O3陶瓷在可見光區(qū)透過率大于80%；不同稀土離子摻雜的透明Y2O3陶瓷在980nm LD激發(fā)下表現(xiàn)出良好的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能，在420~680nm實(shí)現(xiàn)藍(lán)色、綠色、橙色和紅色等多個(gè)波長的上轉(zhuǎn)換發(fā)射。
1.氧化釔透明陶瓷的研究進(jìn)展，靳玲玲，蔣志君，章健，王士維。
2.氧化釔基光功能透明陶瓷的制備與性能研究，張星。