透明陶瓷专题
专题论文汇编
透明陶瓷闪耀光技术的未来
李江;王皓;齐建起;<正>光技术的发展充分体现出“一代材料、一代器件、一代技术”，其中，光学材料是科学前沿大科学工程与民生装备的基础与核心组成部分。透明陶瓷是一种能透过特定波段光线并清晰成像的陶瓷，属于多晶无机光学材料范畴。与传统的光学晶体和光学玻璃相比，透明陶瓷不但具有结构陶瓷的高强度、
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YAG透明陶瓷的制备及其在深海领域的应用
覃显鹏;周国红;王正娟;胡松;黄德信;王士维;以商业高纯Al_2O_3粉和自制纳米Y_2O_3粉为原料，采用真空固相反应烧结法成功制备出了高透光的钇铝石榴石(YAG)透明陶瓷。研究了反应烧结过程中物相演变和显微结构变化，烧结温度和保温时间对YAG透明陶瓷光学透过率的影响以及YAG透明陶瓷在深海装备领域的应用性能等。结果表明：高温条件下，Al_2O_3和Y_2O_3反应先依次形成中间相YAM和YAP，最终在1 500℃完全形成YAG；随着烧结温度的升高，YAG陶瓷内气孔不断排出且晶粒不断长大，光学透过率先增加后降低，在1 780℃透过率达到最高；随着保温时间的延长，YAG陶瓷的透过率逐渐提高，但超过6 h后，再延长保温时间，对提高透过率的效果不显著。采用优化工艺制备的YAG透明陶瓷球罩经受住127 MPa抗压模拟试验，并成功应用在深海领域装备大功率LED照明灯和摄像机保护罩上，为拍摄“奋斗者”号万米海底作业以及央视现场直播做出了贡献。
铕掺杂Gd_2Zr_2O_7透明陶瓷的制备及闪烁性能
孙志成;冯桂青;王帅华;丁雨憧;吴少凡;与传统闪烁陶瓷相比，基于立方相Gd_2Zr_2O_7具有高密度、高光学透过率和良好的闪烁性能等特征，本工作采用真空烧结法，成功制备出系列Eu~(3+)掺杂Gd_2Zr_2O_7透明陶瓷，研究了掺杂离子及掺杂量对其晶体结构、光学透过率、荧光性能及闪烁性能的影响。结果表明，所制备的透明陶瓷样品具有良好的光透过能力；光谱表征发现，20%Eu~(3+)掺杂Gd_2Zr_2O_7具有最佳的光致荧光和辐照发光强度，其最强发射峰位于630 nm。X射线成像实验表明，Gd_(1.8)Eu_(0.2)Zr_2O_7透明陶瓷的X射线成像分辨率可达11 lp·mm~(–1)，具备对不同材质物体的成像应用潜力。在医学成像、工业探伤、高能物理等领域具有潜在的应用价值。
Ce掺杂浓度对Ce,Ca:Lu_3Al_5O_(12)陶瓷闪烁性能的影响（英文）
朱丹阳;蔡金伶;BEITLEROVA Alena;KUCERKOVA Romana;CHEWPRADITKUL Weerapong;NIKL Martin;李江;以共沉淀纳米粉体为原料，制备不同Ce掺杂浓度的x%(摩尔分数) Ce,0.15%Ca:Lu_3Al_5O_(12)(Ce,Ca:LuAG,x=0.1～0.5)闪烁陶瓷。在分析了Ce,Ca:Lu AG陶瓷的相组成和微观结构的基础上，研究了其闪烁特性与Ce浓度的关系，包括X射线激发发射光谱、光致发光衰减、闪烁衰减、光产额及快分量、余辉。当Ce浓度超过0.3%时，光致发光衰减的加速证实了浓度猝灭的发生。Ce,Ca:LuAG陶瓷的X射线激发发射强度和光产额在Ce浓度为0.3%时达到最大值。随着Ce浓度的增加，陶瓷的余辉水平逐渐降低。最后讨论了Ce,Ca:LuAG闪烁陶瓷的制备和性能优化的策略。
YF_3和PrF_3共掺杂SrF_2陶瓷的显微结构与光谱特性
刘作冬;李思雅;潘其悦;王嘉顺;曹悦;于永生;刘鹏;井强山;采用化学沉淀法合成了SrF_2粉末原料，真空热压烧结制备了不同YF_3掺杂量的Pr,Y:SrF_2透明陶瓷，研究了缓冲离子(Y~(3+))对Pr:SrF_2透明陶瓷透过率、显微结构及光谱特性的影响。结果表明，陶瓷样品具有较高的光学质量，YF_3掺杂量为5.0%(质量分数)的Pr,Y:SrF_2陶瓷具有最高的透过率，其400 nm和1 200 nm波长处的透过率分别为90.1%和89.4%。高掺杂量下，Y~(3+)能够显著的促进陶瓷晶粒的生长，当YF_3掺杂量为10.0%时，陶瓷的晶粒尺寸超过200μm。此外，Y~(3+)缓冲离子可以有效提高透明陶瓷的吸收能力，并通过改变陶瓷基体内Pr~(3+)的团簇及局域配位结构，调控Pr,Y:SrF_2透明陶瓷的光谱特性。
分散剂浓度对真空热压烧结Y_2O_3透明陶瓷显微结构和光学性能的影响（英文）
彭天硕;李威威;梅炳初;以硝酸钇为原料，采用沉淀法成功制备出Y_2O_3纳米粉体，通过真空热压烧结工艺制备出Y_2O_3透明陶瓷。沉淀法是制备Y_2O_3粉体的常用方法，具有反应条件温和、粉体纯度高、成本低等优点，但由于粉体在沉淀过程中容易发生团聚现象，导致陶瓷的透明性降低。为了解决这一问题，在沉淀溶液中添加了PEG4000作为分散剂，期望改善其粉体的分散性。同时，在真空热压烧结过程中，用钽箔包裹样品，有效地防止了碳污染的发生。本工作研究了PEG添加量对Y_2O_3粉体和陶瓷的影响，并找到最佳工艺参数。结果表明，当PEG添加量为0.9%(摩尔分数)，烧结温度为1 500℃时制备的Y_2O_3陶瓷具有最高的透明性，其在1 100 nm处的直线透过率为48.4%，在600 nm处也达到了18.0%。
Ce~(3+)–Eu~(3+)共掺Y_3Al_5O_(12)透明陶瓷荧光性能
肖煌盛;林雨晴;邓志强;杨玉娟;陈剑;邓种华;黄集权;郭旺;Y_3Al_5O_(12):Ce~(3+)(YAG:Ce~(3+))发射谱中红光成分的不足导致了白光LED色温偏高且显色性较差，一种解决方案是引入能发射红光的激活离子与Ce~(3+)共掺杂以使YAG:Ce~(3+)发射谱红移。本工作报道了Ce~(3+)–Eu~(3+)共掺Y_3Al_5O_(12)(YAG:Ce~(3+)/Eu~(3+))透明陶瓷的制备、结构和荧光性能。该材料体系在Eu含量高达25%时仍保持纯石榴石相结构，且Eu~(3+)的荧光猝灭浓度高达9%左右，比Pr~(3+)和Sm~(3+)等离子更适合用作YAG的红光发射激活剂。YAG:Ce~(3+)/Eu~(3+)透明陶瓷在蓝光(如442和466 nm)激发下的Ce~(3+)荧光发射随着Eu含量的增加而急剧下降，但在紫外光(363 nm)激发下Ce~(3+)的荧光衰减在一定程度上可被Eu~(3+)发射的增强所弥补，从而可以在保持较强荧光发射的同时使YAG:Ce~(3+)的发射光谱逐步红移到橙红光区。YAG:Ce~(3+)/Eu~(3+)透明陶瓷能够强烈吸收380～405 nm的近紫外光并将之高效转化为红光，且荧光光谱热稳定性优异，适合用作近紫外LED芯片激发的红光发射荧光材料。同时，荧光发射强度及发射谱中的不同发射峰的强度比值均随温度线性变化，在荧光温度计领域具有潜在的应用前景。
添加La_2O_3快速无压烧结制备高红外透过率Al ON陶瓷
郗雪敏;马莉娅;郭浩然;单英春;韩晓光;徐久军;李江涛;利用La_2O_3作为烧结助剂，分别采用D_(50)为1.1μm和2.0μm的AlON粉体，在1 880℃保温2.5 h快速无压烧结成功制备了红外透过率达80%～84%(3 850 nm处)的AlON陶瓷。基于AlON粉体粒度研究了La_2O_3掺量对陶瓷透过率的影响规律，并通过研究高透光性AlON陶瓷烧结过程升温阶段的物相组成、微观结构及致密化进程，揭示了其致密化机制。结果表明，La_2O_3对Al ON分解具有一定的抑制作用，使样品中的α-Al_2O_3含量较低，从而避免了颗粒的早期团聚、粗化等，为后期致密化烧结奠定了良好的基础，同时，高致密度高透光性Al ON陶瓷的快速无压烧结制备表明La_2O_3能为后期烧结提供充足的动力。
高温高压下透明纳米聚晶金刚石的合成与微观形貌
张松朋;但雅倩;陈旺;江皓;崔思雯;赵行斌;朱品文;崔田;马帅领;透明陶瓷是一种具有广泛应用前景的新一代无机非金属材料，而透明纳米聚晶金刚石具有极高的硬度和良好的透光性，是透明陶瓷中极具代表的典型材料之一。本工作介绍了一种在高温高压条件下制备的超硬透明陶瓷—纳米聚晶金刚石，并对其性能进行了X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、Raman等测试分析。结果表明：高温高压法是一种制备高性能透明陶瓷的有效途径，石墨原材料可在15 GPa、2 600℃、保温1 min条件下转变为透明的纳米聚晶金刚石。同时，样品腔的温度梯度导致样品透明度不均匀，温度的升高有利于增加纳米聚晶金刚石的透明度。形貌测试分析结果表明样品存在马氏体相变的层状结构和扩散型相变的均匀颗粒结构，层厚和晶粒尺寸均约为100 nm。高压和应力导致样品内部出现部分位错，有助于提高样品的力学强度。纳米聚晶金刚石作为硬度最高的透明陶瓷，有望在极端条件下的特殊光学窗口等领域得到广泛应用。
热水浴还原法制备Gd_2O_2S:Pr闪烁陶瓷及性能优化
杜永笑;罗朝华;孙靖涵;庄翊君;刘永福;孙鹏;蒋俊;硫氧化钆(Gd_2O_2S,GOS)闪烁陶瓷是一种具有高光输出、低余辉与高X射线阻止能力的闪烁材料，被广泛用于核医学影像和安全检查等领域。然而，GOS粉体合成过程复杂，组分精确配比与第二相难以控制，导致高品质GOS闪烁陶瓷制备依然存在较大挑战。针对这些问题和挑战：此项研究采用热水浴还原法制备了不同摩尔配比的(Gd_(1–x)Pr_x)_2O_2S闪烁陶瓷材料，探究了不同形貌、粒度的氧化钆(Gd_2O_3)原料对Gd_2O_2S粉体的显微结构和光学性能影响。结果表明：亚微米级Gd_2O_3相较于纳米Gd_2O_3所合成的Gd_2O_2S:Pr粉体及闪烁陶瓷都具有更高的荧光强度，通过弱还原气氛下预烧结与热等静压后处理之后的Gd_2O_2S闪烁陶瓷具有较高的下相对密度和光学性能。在Pr~(3+)掺杂量(摩尔分数) x=0.2%时，闪烁陶瓷荧光强度达到最大值，并且在513 nm波长处透过率达到31%。本研究成功开发了一种简单而成本低廉的陶瓷制备工艺，该工艺无副产物污染，有望基于此工艺，大规模生产高性能Gd_2O_2S闪烁陶瓷。