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在我們通常的印象中,陶瓷都是不透明,最多隻(zhī)是有一些透光(guāng)。象(xiàng)一些薄瓷碗那樣,隔著可以(yǐ)隱約看到對麵的影(yǐng)子,卻無法象玻璃那樣,隔了(le)好幾層還能將對(duì)麵看(kàn)得清清楚楚。但是,如果有人告(gào)訴你(nǐ),陶瓷其實也是可以做成透明的(de),你是不是覺得有點不可思議!
透明陶瓷是怎麽做出來的(de)呢?
在回答這個問題(tí)之前,我們先要搞清楚另一個問題,就是常見的陶(táo)瓷為什麽不透明(míng)? 比如,同樣(yàng)是氧化鋁,藍寶石晶體可(kě)以象水晶一樣晶瑩剔透(tòu),而我們常見的氧化鋁瓷卻是白色的。這是為什麽呢?
說起來其(qí)實原因很簡單,就是陶瓷不象晶體那樣純潔,其中各種雜七雜八妨礙透明(míng)的東西太多(duō)。從目前的研究看(kàn),至(zhì)少有以下幾種(zhǒng):
一是氣孔。通常的情況下,陶瓷不管怎麽燒(shāo),坯體中多多少少總會殘餘一(yī)些氣孔。這些氣孔就是影響光線透過的最大因素。從(cóng)理論(lùn)上看,是因(yīn)為氣孔和陶瓷自身之間的折射率相差太大,光線(xiàn)射入後會產生強(qiáng)烈的散射和折射。氣孔量越(yuè)大,散射越嚴重,陶瓷就越不透明。和氣孔相(xiàng)似的還有各種雜質。通常雜質的折射率和陶瓷基(jī)質(zhì)並不一致(zhì),所(suǒ)以也會(huì)成為散射中心,影響光線的透過。
二是晶界(jiè)。晶(jīng)界是陶瓷中特有的結構,玻璃、晶體中都沒有。從微觀上看,陶瓷(cí)其實是由很多小晶粒燒(shāo)結在(zài)一起構成的。這些(xiē)小晶粒之間的區域就是晶界。光線通過時,也會在晶界上產生散射。有時候,晶界的(de)散射還會特別嚴重(chóng)。
除此之外,陶瓷晶粒(lì)的大小、陶瓷表麵的光潔(jié)度等也會影響到光線的透過。如果晶粒大小與入射(shè)光的波長相近,光線散射很強;而(ér)表麵粗糙,則漫(màn)反射越明顯。這些都會使陶瓷變(biàn)得不透明。
知道了這些(xiē)原因(yīn),要獲得透明陶瓷(cí)就變得(dé)十分簡單了,努力消除各種對光的散射的各種因素就OK了。綜合(hé)起來,隻要滿足以下幾個條件,就能得到透明陶瓷(cí):
一是密(mì)度(dù)要(yào)高。一般(bān)認為至少要達到(dào)理論密度的99.9%以上,也就是說氣孔率要小於萬分之一。
二是晶界幹淨(jìng),不存在空隙、雜質和(hé)玻璃等。總之要讓晶界與晶(jīng)體的光學性質(zhì)差別盡(jìn)可能小(xiǎo)。
三是晶粒較小而且(qiě)均勻、表麵(miàn)光潔度高.
當然(rán),還有兩個基本條件(jiàn),就是組成(chéng)陶瓷的晶粒本身得透明,不會吸收光線。最好也不會有光學各向異性,也就是各個方向光線的折射率都一樣。這個好理解,因為如果(guǒ)是一塊煤炭,想洗成白色總是不可能的。
不過,雖然理論上說起來簡單,要在實踐中真正滿足以上所有這些要求卻並不容易。好在經過科技工作者的努力,還是想(xiǎng)出(chū)了不少辦法。具體說(shuō)來,主要有以下幾種:
一是原料上,選擇純度(dù)高、顆(kē)粒均勻、活性高的粉體。純(chún)度(dù)高(gāo),雜質就少;顆粒均勻,在燒成陶瓷後(hòu)就不容易出現晶粒大小不一;活性高,就好燒,比較容易達到較高的密度。事實上,如今(jīn)用做燒製透明陶(táo)瓷的原料,都是人工化學反應合成的(de),不會直接采用礦物粉料。
二是成型上,會盡量提高(gāo)素坯的密度。比如采用等(děng)靜壓、超高壓等技術,讓坯(pī)體在沒有(yǒu)進窯爐燒之前就會一(yī)個比較高(gāo)的原始密度,這(zhè)樣就方便之後陶瓷的燒成。
三是在燒(shāo)成時,采取各種新的燒結技術。一般的氣窯或電窯中是(shì)很難燒成透(tòu)明陶瓷的,因為最後一點點氣孔無法排幹淨。為(wéi)了獲得透明陶瓷,必須采用特種燒結。比如現在最常見的氧化鋁(lǚ)透明陶瓷(cí),就是在氫氣爐中(zhōng)燒出來的。也就是在燒(shāo)成時不斷往窯爐(lú)中(zhōng)通氫氣,讓陶瓷中的氣孔中充滿氫氣,這樣就比較容易排掉。另外常見的還有壓力燒結,包括熱壓燒結和熱等靜壓燒結等。就是在燒陶瓷的過程中施加壓力,促進(jìn)陶瓷中氣孔的排除……
總之,通過這樣各方麵的努力之後,就可以得到所(suǒ)需的透明陶瓷了。當然,這樣得到的透明陶瓷成本和價格比我們常(cháng)見的普(pǔ)通陶瓷要高(gāo)多了,因此一般隻用在(zài)一些特殊的(de)場(chǎng)合,比如燈管材料、激光材料、高(gāo)級裝甲材料等等。更具(jù)體的用途,我們改天再(zài)來聊吧。