中国科学院上海硅酸盐研究所王士维研究员带领的课题组在低对称体系的氧化铝透明陶瓷的制备方面取得了重要的进展。该项研究工作发表在国际xx杂志（J. Am. Ceram. Soc., 2008, 91(10)）, 3431-3433）上，审稿人对该工作给予高度评价，“研究思路新颖并富有挑战性，{jd1}值得尽快发表(The idea is new and challenging，and the result is absolutely worth to be published quickly)”。该项工作已经申请发明专利一项。
从上世纪60年代初{dy}块氧化铝透明陶瓷问世以来，透明陶瓷取得了令人瞩目的进展。透明陶瓷作为一种新兴材料除了本身具有宽范围的透光性外，还具有高热导率、低电导率、低介电常数和介电损耗、高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀性好等一系列优异的综合性能。与玻璃材料相比，透明陶瓷除具有高强度、高硬度等优点，还具有更高的韧性，更好的抗表面损坏性能；与单晶相比，又具有更低的制备温度和更短的生产周期，而且在尺寸和结构上更容易控制。因此，透明陶瓷逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、电子技术及高温技术、航空航天等领域获得日益广泛的应用。然而，迄今高质量的透明陶瓷仅局限于高对称性的立方晶系，如CaF2、Y2O3、YAG等，其光学性能可与相应的单晶媲美；而低对称体系透明陶瓷的研究一直徘徊在较低水平，研究对象局限于氧化铝，而且光透过率较低。研究发现，六方晶系的氧化铝在光学上属于一轴晶非均质体，对光线有双折率现象；当光线穿过任意取向的两相邻晶粒时，会发生晶界双折射；多晶陶瓷存在着成百上千任意取向的晶粒，多次反复的双折射最终导致透过率的下降；也严重阻碍了低对称体系透明陶瓷的发展。研究人员提出，当各个晶粒的光轴相互平行排列时，在理论上晶界双折射可以xx；在强磁场中氧化铝颗粒的c轴会沿着磁场方向排列，而氧化铝的c轴就是光轴方向。据此，他们通过磁场辅助的注浆成型方法，制备出氧化铝颗粒具有取向性排列的陶瓷坯体，然后经过氢气氛烧结得到光轴相互平行的透明多晶氧化铝陶瓷。与晶粒无序排列的半透明氧化铝陶瓷相比，光学性能得到了大幅度提高，未来有望替代蓝宝石单晶材料用于可见－红外窗口、透明装甲以及激光介质材料。下图分别是所制备透明氧化铝陶瓷的实物照片和X-射线衍射谱图。该研究方法还可以拓展应用于其它低对称体系透明陶瓷的探索研究。
图1 氧化铝陶瓷的实物照片和XRD图谱
参考文献
1）T. S. Suzuki, Y. Sakka, and K. Kitazawa: Orientation amplification of alumina bycolloidal filtration in a strong magnetic field. Adv. Eng. Mater. 2001, 3: 490-492
2）MAO X J, WANG S W, SHIMAI S Z, GUO J K. Transparent polycrystalline alumina ceramics with orientated optical axes[J]. J. Am. Ceram. Soc., 2008, 91(10): 3431–3433
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源自 李江的博客 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=343270
