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在我們通常的印(yìn)象中,陶瓷都是不透明,最(zuì)多隻是有一(yī)些透光。象一些薄瓷碗那樣,隔著可以隱約(yuē)看到對麵的影子,卻無法象玻璃(lí)那樣,隔了(le)好幾層還(hái)能將對麵看得清清楚楚。但是,如果有人告訴你,陶瓷其實也是可以做成透明的,你是不是覺得有點不可思議!
透明陶瓷是怎麽做出來(lái)的呢?
在回答這個問(wèn)題之前,我們(men)先要搞清楚另一個問題,就是常見的陶瓷(cí)為什麽不(bú)透明? 比如(rú),同樣是(shì)氧化鋁,藍寶石晶體可以象水(shuǐ)晶一(yī)樣晶瑩剔透(tòu),而我們(men)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(shì)陶瓷不象晶體那樣純潔,其中各種雜七雜八妨礙(ài)透明的東西(xī)太(tài)多。從目前的研(yán)究看(kàn),至少有(yǒu)以下幾種:
一是氣孔。通常的(de)情況下,陶瓷不管怎麽燒,坯(pī)體中多多少(shǎo)少總(zǒng)會殘餘一些氣孔。這些氣孔就是(shì)影響光(guāng)線透過的最大因素。從理論上看,是因為氣孔和(hé)陶瓷自身(shēn)之間的折射率相差(chà)太(tài)大,光線射入後(hòu)會產生強烈的散(sàn)射和折射。氣孔量越大,散射越嚴重,陶(táo)瓷就越不透明。和氣孔相似的還有各(gè)種雜質。通常雜質的折(shé)射率(lǜ)和陶瓷基(jī)質並不一致,所(suǒ)以也會成為散射中心,影響光線的透過。
二是晶界(jiè)。晶界是陶瓷中(zhōng)特有的結構,玻璃、晶體中都沒有。從微觀上看,陶瓷其實是由很(hěn)多小晶粒燒結在(zài)一起構成的。這(zhè)些小(xiǎo)晶粒之間的區域就是晶(jīng)界。光線通過(guò)時,也(yě)會在晶界上(shàng)產生散射。有時候,晶(jīng)界的散射還會(huì)特別嚴重。
除此之外,陶瓷晶粒的(de)大小、陶瓷表麵的光潔度等也會影響到(dào)光線(xiàn)的透過。如果晶粒大(dà)小與入射(shè)光的(de)波(bō)長相近,光線散射很強;而表麵粗糙,則漫反射越明顯。這些都會使陶瓷變得不透明。
知(zhī)道了這些原因,要(yào)獲得透(tòu)明陶瓷就變得十分簡單了,努力消除各種(zhǒng)對光的(de)散(sàn)射的各種因素就OK了。綜合起來,隻要滿足(zú)以下幾個(gè)條件,就(jiù)能得到(dào)透明陶瓷:
一是(shì)密度要高。一般認為至少要達到理論密度的99.9%以上,也就是說氣孔率要小於萬(wàn)分之一。
二是晶界幹淨,不存在空隙、雜質和玻璃等。總之要讓晶界與晶體的光學性質差別盡(jìn)可能小。
三是晶粒較小而且均勻、表麵光潔度高.
當然,還有兩個基本條(tiáo)件,就是組成陶瓷的晶粒本身得透明(míng),不會吸(xī)收光線(xiàn)。最好也不會有光學各(gè)向異性,也就是各個(gè)方向光線的折射率都一樣。這個好理解,因為如果是一塊煤炭,想洗成白色總是不(bú)可能的。
不過,雖然理論上說起(qǐ)來簡(jiǎn)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(jīng)過科技工作(zuò)者的努力,還是想出了不少辦法(fǎ)。具體說來,主要有以下幾種:
一是原料上(shàng),選擇純度高、顆粒均勻、活性高的粉體。純度高,雜質就少;顆粒均勻,在燒成陶瓷後就不容易出現晶粒大小不一;活性高,就好燒,比(bǐ)較容易達到較高的密度。事實上,如今用做燒製透明陶瓷的原料,都是(shì)人工化學反(fǎn)應合成的,不會直接采用礦物(wù)粉料。
二是成型上,會盡量提(tí)高素坯(pī)的(de)密度(dù)。比如采用等靜壓、超高(gāo)壓等技術,讓(ràng)坯體(tǐ)在沒有進窯(yáo)爐燒之前(qián)就會一個比較高的原始(shǐ)密度,這樣就方便之後陶瓷(cí)的燒成。
三是在燒(shāo)成時,采取各種新(xīn)的燒結(jié)技術。一(yī)般的氣窯或電窯中是很難燒成透明陶瓷的,因為最後(hòu)一點點氣孔無法排幹(gàn)淨。為了獲得(dé)透明陶瓷,必須采用特種燒結。比如現在(zài)最常見的氧化鋁透明陶瓷,就是在氫氣爐中燒出來的。也就是在燒成時不(bú)斷(duàn)往窯爐中通氫氣,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(děng)靜壓燒結等。就是在燒陶瓷的過程中施加壓力,促進陶瓷中氣孔的排除……
總之,通過這樣各方麵的努力之後(hòu),就可以(yǐ)得到所需的透明陶瓷(cí)了。當然,這樣得到的透明陶瓷成本和(hé)價格比我們常見的普通陶瓷要高多了,因此一般隻用在一些特殊的場合,比如燈管材(cái)料、激光材(cái)料、高級裝甲材料等等。更具體的用(yòng)途,我們改天再來(lái)聊吧。