【正文】 產(chǎn)生的影響也不同 : 在氣孔直徑小于光波波長 λ/3時 , 會產(chǎn)生 Rayleigh 散射 。 氣孔率 對透明陶瓷透光性能影響最大的因素是氣孔率 ,可更細分為氣孔尺寸、數(shù)量、種類。 圖中 Sim a、 b所示的析出物、殘余氣孔、晶界等不完整性和組成的不均勻性引起光散射系數(shù)。在真空或氫氣氣氛中 , 陶瓷燒結(jié)體的氣孔被置換后很快的進行擴散 , 從而達到消除氣孔的目的 , 使用這種燒結(jié)方法能達到陶瓷透明 氣氛 1. 光學透明性的影響因素 由于陶瓷屬于光學不均勻體系，光會被物質(zhì)內(nèi)結(jié)構(gòu)不均勻區(qū)域的散射中心散射。保溫時間的選擇可依照晶粒的大小和氣孔有無而定 , 冷卻制度的確定應以陶瓷無變形且無內(nèi)應力為準。燒結(jié)透明陶瓷時 , 要根據(jù)燒結(jié)材料的性能和坯體的性能及大小來確定最高燒結(jié)溫度。添加劑的用量一般很少 , 所以要求添加劑能均勻分布于材料中 , 另外 , 添加劑還應能完全溶于主晶相 , 不生成第二相物質(zhì) , 也就是說 , 不破壞系統(tǒng)的單相性。 原料的活性不僅與原料的分散狀態(tài)且與原料的相變或預燒溫度有關(guān) , 預燒溫度過高則活性降低 。 原料 原料的純度是影響透明性諸多因素中的主要因素之一 , 原料中雜質(zhì)容易生成異相 , 形成光的散射中心 , 如圖所示 , 減弱透射光的在入射方向的強度 , 降低陶瓷的透過率 , 甚至失透。 藍寶石在不同溫度下的透過率 1. 光學透明性的影響因素 制備影響因素 陶瓷材料制備因素的影響 , 這里主要包括雜質(zhì)、氣孔、晶界、微裂紋以及表面的粗糙度等方面。對于有些材料如半導體材料 , 如果環(huán)境溫度升 高到足夠的程度 , 在導帶中的熱激發(fā)電子能夠吸收較少的能量 , 從而在帶內(nèi)進入更高的能態(tài) , 使得電子在足夠的溫度下能夠有更多的機率進入導帶 , 這就使得紫外截至波段隨著溫度向長波長方向移動 , 即所謂的紅移趨 1. 光學透明性的影響因素 隨著溫度上升 , 折射率增大 , 透過率逐漸減少 , 所以折射率隨溫度的變化而影響到透過率。 若兩種介質(zhì)折射率相同 , 則 R=0, 光透過后幾乎沒有損失。所以，陶瓷材料的可見光吸收損失相對來說是較小的，在影響透光率的因素中不占主要地位。因此 , 對于可見光 , 金屬是不透明的 1. 光學透明性的影響因素 對于陶瓷、玻璃等電介質(zhì)材料，材料的吸收率或吸收系數(shù)在可見光范圍內(nèi)是比較低的。因此 , 一般來說 , 材料的透波范圍多數(shù)情況是包含可見光的范圍 ( visible spectral region) , 如果可見光不在這個透波范圍 , 那么材料的本性已經(jīng)決定在可見光范圍內(nèi)不能透明的。而對于雜質(zhì)引起的吸收比 Eg小的很多的光子能量 , 則可將電子和空穴分別激發(fā)到導帶和價帶上。 才能吸收光子。 c—光速 。 電子躍遷進入位于禁帶中的雜質(zhì)或缺陷能而吸收光子。 透明材料的透過率與波長的關(guān)系 在本征吸收帶 , 非金屬材料對于光子的吸收有如下 3種機理 : 電子極化 。 多晶陶瓷相對單晶有以下優(yōu)點 1. 光學透明性的影響因素 、本征影響因素 多數(shù)陶瓷材料屬于電介質(zhì)多晶體 , 這種多晶體一般有兩個重要的共振區(qū)產(chǎn)生吸收光譜帶。 (4)大批量生產(chǎn)。單晶的生長方式限制了晶體的尺寸，因而就限制了潛在的輸出功率。單晶需要在昂貴的銥 (Ir)或鉑 (Pt)甘鍋里生長，而陶瓷棒不需要 甘鍋 ，而且生長速度較快。而且陶瓷徹底燒結(jié)溫度通常都大大低于它的熔融溫度 。因其具有較高的機械強度、良好的化學穩(wěn)定性和電物理性能 ,被認為是有希望的新一代固體激光材料。 釔鋁石榴石激光透明陶瓷最初是以 Al2O Y2O Nd2O3 為基體制備而成 , 1974年 , Greskovich等用傳統(tǒng)陶瓷的制備工藝制備出了 Nd: Y2O3 陶瓷 ,其主要性能見表 1。這種材料具有較高的光透過率和電光效應 ,人工極化后還具有壓電、光學雙折射等特性。 PLZT電光陶瓷是一種典型的透明鐵電陶瓷 , 1970 年 G. H. Haertling[ 4 ]首次制備了 PLZT透明陶瓷。 AlN陶瓷是另一種典型的透明陶瓷 ,它最早是由美國在 20世紀60年代研發(fā)成功 ,到了 90年代其制備工藝和應用技術(shù)逐漸得到發(fā)展。 氧化鋁透明陶瓷是最早投入生產(chǎn)的透明陶瓷材料。 目前已經(jīng)開發(fā)的透明陶瓷有氧化鋁透明陶瓷、氧化釔透明陶瓷、氧化鋯透明陶瓷以及電光透明陶瓷和激光透明陶瓷等。透光陶瓷 卡西歐 EXILIM EXS500 LURACERA是 2022年 2月村田制作所成功開發(fā)的透明多晶體陶瓷。這種多晶體陶瓷廣泛應用于微波和毫波的電介質(zhì)諧振器，具有優(yōu)良的電子特性，高透光率和折射系數(shù)，它同時也具備良好的無雙折射光學特征。 第一例透明陶瓷是 1962年在美國制備成功的氧化鋁透明陶瓷。將 MgO、ZnO、 NiO、 La2O3 等添加劑摻入高純細散的 Al2O3 粉末中壓制成型 ,并在氫氣保護下或真空中焙燒 ,即可完全消除氣孔 ,制得具有較高透明度的陶瓷材料。氮化鋁透明陶瓷表現(xiàn)出硬度較高、熱導率較高、電導率較低、介電損耗較低、熱膨脹系數(shù)較低、化學穩(wěn)定性優(yōu)良等諸多優(yōu)異性能。 PLZT透明陶瓷是通過在 ZrO、 TiO、 PbO中摻入少量 LaO經(jīng)過粉體混合、壓力成形和高溫燒結(jié)而成的 。主要用于制作光調(diào)制器、光衰減器、光隔離器、光開關(guān)等光電器件 ,也可制成 PLZT薄膜 ,在電光和光學方面具有較多的應用。之后美國、日本、俄羅斯相繼用不同的方法制備了高透明度的釔鋁石榴石激光透明陶瓷。 (1)易制造，用提拉法制備單晶需要幾周，但是制備陶瓷只需幾天時間。 (2)費用了氏。一般單晶的費用隨它的尺寸增加而成倍增加，而陶瓷不然 (3)尺寸大?，F(xiàn)在最大的單晶尺寸為 23cm長，但現(xiàn)在制得的多晶陶瓷的長度已達到單晶的 2倍 。陶瓷激光棒適合流水線作業(yè)，減少了時間和費用，單晶卻不然。一是束縛電子躍遷產(chǎn)生的本征吸收帶 , 如圖所示 , 左側(cè)的紫外截止波段 , 另一個是共振吸收帶 , 是光學支的晶格振動帶。 電子受激發(fā)吸收光子而躍遷禁帶 。 當光子能量 hνEg( 禁帶寬度 ) 時 , 電子吸收光子從價帶激發(fā)到導帶上 , 即 : 式中 h—Plank常數(shù) 。 λ—光波波長 。因此 , 禁帶寬度越大 , 紫外吸收端的截止波長就越小。 1. 光學透明性的影響因素 對于共振吸收帶 , 如圖所示 , 可采用雙原子振動模型來描述 , 質(zhì)量分別為 m m2, 瞬時間距為 r, 諧振子的頻率為 : k—原子結(jié)合力彈性常數(shù) 原子的結(jié)合力越大 , 原子質(zhì)量越小 , 則振動頻率越高 , 紅外截止波長越小 , 否則截止波長就越大。 1. 光學透明性的影響因素 介質(zhì)透過率高低 , 也就是介質(zhì)吸收的光波能量的多少 , 不僅與介質(zhì)的電子的能帶結(jié)構(gòu)有關(guān) , 還與光程有關(guān) , 也就是與光穿過的介質(zhì)厚度有關(guān) 入射光的強度為Ｉ Ｏ , 那么經(jīng)過 x厚度的介質(zhì) , 其光強度將下降 , 光的強度將變成Ｉ． α─介質(zhì)對光的吸收系數(shù) 不同材料的 α又有很大的差別 ,空氣的 α≈10 5 cm 1, 對于金屬來說 , α值在 104 cm 1 數(shù)量級以上。這是因為電介質(zhì)材料的價電子所處的能帶是填滿的，它不能吸收光子而自由運動，而光子的能量不足以使價電子躍遷到導帶，因而在一定的波長范圍內(nèi)吸收系數(shù)很小。 1. 光學透明性的影響因素 材料的反射系數(shù)和影響因素 達到透明介質(zhì)右側(cè)的光強為 如果兩種介質(zhì)折射率相差很大 ,因此反射損失相當大 。由于陶瓷、玻璃材料的折射率比空氣的大 , 所以損失比較嚴重 1. 光學透明性的影響因素 環(huán)境溫度影響因素 對于透明陶瓷材料 , 可理解為通過晶界把晶體顆粒方向無序結(jié)合在一起的多晶體 , 因此透明陶瓷的透過率可按照單晶體進行參照分析。 溫度、透過率與折射率之間的關(guān)系 1. 光學透明性的影響因素 對于透明材料的紅外截止波段 , 隨著溫度的升高而使原子能量增大 , 原子的振動頻率增大 , 因而共振吸收截止頻率增大 , 因此紅外截止波長縮短 , 具有藍移的趨勢。光通過陶瓷材料會受到一系列阻礙 , 這就導致多晶陶瓷不可能有單晶、玻璃那樣的透明 , 從而使得多數(shù)陶瓷看上去不透明。 陶瓷內(nèi)光散射示意圖 1. 光學透明性的影響因素 當原料的粒度很小 , 處于高度分散 , 燒結(jié)時微細顆粒可縮短氣孔擴散的路程 , 顆粒越細 , 氣孔擴散到晶界的路程就越短 , 容易排除氣孔和改善原料的燒結(jié)性能 , 使透明陶瓷結(jié)構(gòu)均勻 , 透過率高。 過低則相變轉(zhuǎn)化不完全 , 制品在燒結(jié)過程中會產(chǎn)生變形等不良的影響 為了獲得透明陶瓷 , 有時需加入添加劑 , 抑制晶粒生長。 1. 光學透明性的影響因素 燒成制度 燒成制度影響陶瓷材料的透明度 , 一般的陶瓷燒結(jié)溫度更高才能排除氣孔 , 達到透明化燒結(jié)。燒結(jié)透明陶瓷時 , 必須控制升溫速度 , 確保整個坯體均勻加熱 , 控制晶體生長速度和晶粒尺寸 , 并達到消除氣孔的目的。 燒結(jié)溫度 透明陶瓷和普通陶瓷不同 , 最后需經(jīng)真空、氫氣氣氛或其它氣氛中燒成。光散射系數(shù)由下列三個因素決定 陶瓷中光散射中心示意圖 1. 光學透明性的影響因素 顯微結(jié)構(gòu)的影響 :(1)由雜質(zhì)和添加物析出不同相以及燒結(jié)過程中殘余氣孔引起的散射 (2)由空穴、位錯等晶體結(jié)構(gòu)不完整造成的光散射 (3)在晶體具有各相異性情況下，由于在晶界等折射率不連續(xù)界面上產(chǎn)生的反射、雙折射顯示出的光散射。 SOP則為光學各向異性所造成的在折射率不連續(xù)界面的散射系數(shù) (圖 c所示 )。普通陶瓷即使具有高的密度 , 往往也不是