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    透明陶瓷制作工藝及其用法

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      一般陶瓷是不透明的,但是光學陶瓷或鈉燈燈管等制品,均像玻璃一樣透明,故稱透明陶瓷。一般陶瓷不透明的原因是其內部存在有雜質和氣孔,前者能吸收光,后者令光產生散射,所以就不透明了。因此如果選用高純原料,并通過工藝手段排除氣孔就可能獲得透明陶瓷。早期就是采用這樣的辦法得到透明的氧化鋁陶瓷,后來陸續研究出如燒結白剛玉、氧化鎂、氧化鈹、氧化釔、氧化釔-二氧化鋯等多種氧化物系列透明陶瓷。近期又研制出非氧化物透明陶瓷,如砷化鎵、硫化鋅、硒化鋅、氟化鎂、氟化鈣等。

      透明陶瓷不僅有優異的光學性能,而且耐高溫,一般它們的熔點都在2000℃以上。如氧化釷-氧化釔透明陶瓷的熔點高達3100℃,比普通硼酸鹽玻璃高1500℃。透明陶瓷的重要用途是制造高壓鈉燈,它的發光效率比高壓汞燈提高一倍,使用壽命達2萬小時,是使用壽命最長的高效電光源。高壓鈉燈的工作穩定高達1200℃,壓力大、腐蝕性強,選用氧化鋁透明陶瓷為材料成功地制造出高壓鈉燈。透明陶瓷的透明度、強度、硬度都高于普通玻璃,它們耐磨損、耐劃傷,用透明陶瓷可以制造防彈汽車的窗、坦克的觀察窗、轟炸機的轟炸瞄準器和高級防護眼鏡等。

      透明氧化鋁陶瓷或透明多晶氧化鋁陶瓷。其主晶相為α-A12O3。密度3.98g/cm3以上。直線透光率90%~95%以上。介電常數大于9.8。介電損耗角正切值小于2.5×10-4(1GC),抗彎強度大于350~380MPa。擊穿強度6.0~6.4KV/mm。熱膨脹系數(6.5~8.5)×10-6/℃。高溫下具有良好耐堿金屬蒸氣腐蝕性。原料為純度99.99%以上的Al2O3,添加少量純氧化鎂、三氧化二鑭、或三氧化二釔等添加劑,采用連續等靜壓成型,氣氛燒結或熱壓燒結,嚴格控制晶粒大小,可獲得高致密透明陶瓷。用于制造高壓鈉燈的發光管(工作壽命可超過2萬h)。也可用作微波集成電路基片、軸承材料、耐磨表面材料和紅外光學元件材料等。

      透明氧化鋁陶瓷制品及其制造方法,配方包括氧化鋁、燒結劑、塑化劑、潤滑劑,工藝包括(1)將氧化鋁粉末、燒結劑、塑化劑、潤滑劑按比例配料;(2)加熱、混合均勻制成熱塑瓷料;(3)熱塑成型;(4)脫脂素燒;(5)高溫燒結;可以生產形狀復雜、尺寸精確、致密透光的高密度多晶透明氧化鋁陶瓷制品和彩色透明氧化鋁陶瓷制品。透明陶瓷的制造是有意識地在玻璃原料中加入一些微量的金屬或者化合物(如金、銀、銅、鉑、二氧化鈦等)作為結晶的核心,在玻璃熔煉、成型之后,再用短波射線(如紫外線、X射線等)進行照射,或者進行熱處理,使玻璃中的結晶核心活躍起來,彼此聚結在一起,發育成長,形成許多微小的結晶,這樣,就制造出了玻璃陶瓷。用短波射線照射產生結晶的玻璃陶瓷,稱為光敏型玻璃陶瓷,用熱處理辦法產生結晶的玻璃陶瓷,稱為熱敏型玻璃陶瓷。

      透明陶瓷的機械強度和硬度都很高,能耐受很高的溫度,即使在一千度的高溫下也不會軟化、變形、析晶。電絕緣性能、化學穩定性都很高。光敏型玻璃陶瓷還有一個很有趣的性能,就是它能象照相底片一樣感光,由于這種透明陶瓷有這樣的感光性能,故又稱它為感光玻璃。并且它的抗化學腐蝕的性能也很好,可經受放射性物質的強烈輻射。它不但可以象玻璃那樣透過光線,而且還可以透過波長10微米以上的紅外線,因此,可用來制造立體工業電視的觀察鏡,防核爆炸閃光危害的眼鏡,新型光源高壓鈉燈的放電管。

      透明陶瓷的用途十分廣泛,在機械工業上可以用來制造車床上的高速切削刀,汽輪機葉片,水泵,噴氣發動機的零件等,在化學工業上可以用作高溫耐腐蝕材料以代替不銹鋼等,在國防軍事上,透明陶瓷又是一種很好的透明防彈材料,還可以做成導彈等飛行器頭部的雷達天線罩和紅外線整流罩等;在儀表工業上可用作高硬度材料以代替寶石,在電子工業上可以用來制造印刷線路的基板和鏤板,在日用生活中可以用來制作各種器皿,瓶罐,餐具等等。透明氧化鋁陶瓷具有對可見光和紅外光良好的透過性同時也具有高溫強度大、耐熱性好、耐腐蝕性強、比體積電阻大等特點,廣泛用于鈉燈管、紅外檢測、高頻絕緣材料等。

      亞微米高純透明氧化鋁陶瓷材料的制備方法,屬于透明氧化鋁陶瓷材料制備技術領域。其特征在于它依次含有如下技術工藝:用干壓加冷等靜壓的成型工藝把α-Al2O3粉末成型;然后對這些坯體使用無壓預燒結:無壓預燒結的溫度為(1200~1350)℃,時間為(30~480)分鐘;把預燒結后的坯體置入熱等靜壓爐中進行后處理,處理溫度為(1150~1350)℃,壓力為(140~190)MPa,保溫保壓的時間為(30~60)分鐘,用Ar氣作保護氣,得到的陶瓷體相對密度大于99.9%;最后對燒結出的陶瓷體進行平面磨制和拋光。它不用加任何添加劑,工藝簡單;采用低溫燒結,能耗低;尤其是晶粒尺寸小于1μm,故稱為亞微米氧化鋁陶瓷。因而具有較高的透光度和機械性能,適合于制造高壓鈉燈管、高溫爐觀察窗以及用作裝飾材料等??傊?,透明陶瓷幾乎在許多現代科學技術領域和日常生活中都有用武之地,其品種之多,本領之高,用途之廣泛,真不愧為陶瓷工業中的一顆透明瑩亮的明珠。由于高溫高壓的鈉蒸氣腐蝕性極強,一般的抗鈉玻璃和石英玻璃均不能勝任;而采用半透明多晶氧化鋁為的是抵抗鈉的腐蝕。

      最近,國內某研究所課題組在低對稱體系的氧化鋁透明陶瓷的制備方面取得了重要的進展,并申請列發明專利。從上世紀60年代初第一塊氧化鋁透明陶瓷問世以來,透明陶瓷取得了令人矚目的進展。透明陶瓷作為一種新興材料除了本身具有寬范圍的透光性外,還具有高熱導率、低電導率、低介電常數和介電損耗、高強度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕性好等一系列優異的綜合性能。與玻璃材料相比,透明陶瓷除具有高強度、高硬度等優點,還具有更高的韌性,更好的抗表面損壞性能;與單晶相比,又具有更低的制備溫度和更短的生產周期,而且在尺寸和結構上更容易控制。因此,透明陶瓷逐漸在照明技術、光學、特種儀器制造、電子技術及高溫技術、航空航天等領域獲得日益廣泛的應用。然而,迄今高質量的透明陶瓷僅局限于高對稱性的立方晶系,如CaF2、Y2O3、YAG等,其光學性能可與相應的單晶媲美;而低對稱體系透明陶瓷的研究一直徘徊在較低水平,研究對象局限于氧化鋁,而且光透過率較低。研究人員發現,六方晶系的氧化鋁在光學上屬于一軸晶非均質體,對光線有雙折率現象;當光線穿過任意取向的兩相鄰晶粒時,會發生晶界雙折射;多晶陶瓷存在著成百上千任意取向的晶粒,多次反復的雙折射最終導致透過率的下降;也嚴重阻礙了低對稱體系透明陶瓷的發展。研究人員提出,當各個晶粒的光軸相互平行排列時,在理論上晶界雙折射可以消除;在強磁場中氧化鋁顆粒的c軸會沿著磁場方向排列,而氧化鋁的c軸就是光軸方向。據此,他們通過磁場輔助的注漿成型方法,制備出氧化鋁顆粒具有取向性排列的陶瓷坯體,然后經過氫氣氛燒結得到光軸相互平行的透明多晶氧化鋁陶瓷。與晶粒無序排列的半透明氧化鋁陶瓷相比,光學性能得到了大幅度提高,未來有望替代藍寶石單晶材料用于可見-紅外窗口、透明裝甲以及激光介質材料。該研究方法還可以拓展應用于其它低對稱體系透明陶瓷的探索研究。透明氧化鋁陶瓷放電管由圓形筒和兩個帶細管的碗形件三件體構成,第一個帶細管的碗形件由圓筒、細管和球形或橢球形過渡圓筒組成,用模具一次壓制成型,兩個帶細管的碗形件的形狀尺寸相同,第二個帶細管的碗形件同樣由圓筒、細管和球形或橢球形過渡圓筒組成,用模具一次壓制成型,兩個帶細管的碗形件的圓筒與圓形筒的端部過盈配合。這種結構有利于提高陶瓷金屬鹵化物燈電弧管兩端的冷端溫度,使電弧管內的蒸氣壓升高,增加參于放電發光的金屬原子的濃度和數量,從而提高燈的光、色性能,同時制造工藝簡單,有利于陶瓷放電管燒結密封的可靠性。透明氧化鋁陶瓷托槽及其制造方法,涉及口腔正畸技術所使用的陶瓷托槽及制造方法,具體涉及透明氧化鋁陶瓷托槽及制造方法。一種透明氧化鋁陶瓷托槽,包括托槽體1、托槽翼2,所述托槽陶瓷的平均晶粒尺寸為0.3至5微米。一種透明氧化鋁陶瓷托槽的制造方法,包括下列步驟:將純度大于99.9%的超細氧化鋁粉料混合成型;經過脫脂后,在1200至1500℃,在空氣中燒結;然后在1100至1400℃下進行熱等靜壓處理。本發明制造的透明氧化鋁陶瓷強度高,表面光滑,摩擦力與金屬托槽相當,并且燒結溫度低,工藝簡單,適合規模生產。

      目前,我國已經出現多家專業生產高純氧化鋁陶瓷制品的廠家,自20世紀90年代開始生產95%、99%氧化鋁陶瓷,有的廠家已形成年銷售額1000萬元的規模。最新從國外引進現代化的生產設備和先進的生產工藝技術,并兼多年氧化鋁陶瓷生產之經驗,傾力向市場推出專門用于高壓鈉燈芯的透明氧化鋁瓷管,目前產品各項技術指標均達到國際標準,其中透光率在95%以上,規格有100W、150W、250W、400W等多種。


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