一、什么是透明陶瓷
透明陶瓷是一种利用陶瓷材料光学性质的新型陶瓷，是利用人工合成的化学原料，诸如氧化铝、氧化镁、氧化钙等，经过处理、成型和高温烧结等工序制成。
△透明陶瓷 图源：NGK
透明陶瓷除具有传统陶瓷的典型特性外，兼具玻璃的光学特性。氧化铝（Al₂O₃）透明陶瓷是最早投入生产的透明陶瓷材料，在1957年，由美国科学家Coble制造出第一块透明氧化铝（Al₂O₃）陶瓷“Lucalox”。
二、 透明陶瓷市场情况
航空航天和国防领域对光学级陶瓷的需求是推动透明陶瓷行业增长的巨大动力，尤其适用于需要保持轻质、高强度和耐热性的应用，透明陶瓷能够承受极端高温，性能优于高级塑料，并且比大多数金属更轻。
消费电子产品的蓬勃发展几乎涵盖了平板电脑、笔记本电脑、手机和其他便携式电器等所有类型的电子设备。研究表明，电子电气设备行业在2023年达到了3.5万亿美元的峰值，预计在不久的将来还将继续扩张。由于其卓越的光学清晰度和耐久性，以及电子产品的新趋势，透明陶瓷正被广泛应用于各种电子设备，例如LED、指示灯、灯具、导光板、LCD、OLED和等离子显示器。
三、 透明陶瓷的类型及其透明原理
透明性原理：透明陶瓷要求绝大部分的入射光可以顺利通过该陶瓷体，这样才会有足够高的直线透射率。而入射光通过陶瓷体时一般会有三部分的损失：
（1）表面反射损失，光线垂直入射到陶瓷表面时的反射；
（2）吸收损失，光线通过陶瓷体时因产生电子跃迁/原子振动而被吸收；
（3）散射损失，光线通过陶瓷体时遇见诸如气孔、杂质及夹杂物等而产生各个方向的散射。三种光损失中，陶瓷固有的反射和吸收显然不可避免，但对多数透明陶瓷影响非常小；散射和第二相吸收才是影响直线透射率的最重要因素。
因此，让陶瓷透明的关键是：无气孔、无杂质、无双折射累积、高透光等。
△光通过多晶镁铝尖晶石传播示意图
目前已经研制出了几十种透明陶瓷：氧化铝（Al₂O₃）透明陶瓷、氧化镁（MgO）透明陶瓷、氧化钇（Y₂O₃）透明陶瓷、镁铝尖晶石(MgAl₂O₄)透明陶瓷、氮化铝（AIN）透明陶瓷、氮氧化铝（AION）透明陶瓷、透明PLZT电光陶瓷、钇铝石榴石（Y₃Al₅O₁₂）激光透明陶瓷，以及氧化钇钆（YGO）、钆镓石榴石（GGG）透明闪烁陶瓷等。
根据材料特性，透明陶瓷可分为光学透明陶瓷和光功能透明陶瓷，前者包括紫外、可见和红外波段透光的透明陶瓷；后者包括激光、闪烁、磁光、电光、荧光和长余辉发光透明陶瓷等。
四、 发光透明陶瓷的制备流程
以氧化铝（Al₂O₃）透明陶瓷为例。
（1）配料：以高纯度的SrCO3、Al2O3、H3BO3、Eu2O3、Dy2O3、Gd2O3和Nd2O3作为原料，按照配比精确称取原料;
（2）混料：以玛瑙球作为研磨球，以无水乙醇作为球磨介质，将玛瑙球、无水乙醇及原料同时放入球磨罐中，在行星式球磨机上球磨混料5~20小时，形成浆料状混合物。
（3）烘干：将获得的浆料状混合物置于烘箱中，在70~80℃条件下保温烘干4~8小时，再将干燥后获得的原料过筛子，获得混合均匀的原料；
（4）预烧：将所述混合均匀的原料放入高温管式炉中进行预烧结，烧结温度为1000~1200°C，烧结时间为2~6小时，获得前驱体粉体;
（5）成型：称取一定量经过预烧结的前驱体粉体，放入不锈钢模具中干压成型，压力为3-10MPa，然后再进行冷等静压处理，压力为150-250MPa，冷等静压处理时间为2~4min，得到圆柱形或长方体形的陶坯;
（6）烧结：将所述的陶坯在真空条件下进行高温烧结，升温速率为5-10℃/min，烧结温度为1300~1600℃，烧结时间为10~20小时，冷却后取出，获得原始的透明陶瓷材料；
（7）退火：将上述得到的透明陶瓷材料放入马弗炉中退火，去除色心和残余应力，即得所述的力致发光透明陶瓷材料。
五、透明陶瓷的应用
1、消费电子与工业
消费电子：透明陶瓷可应用于数码镜头、手机屏幕、摄像头盖和抬头显示器等领域。
村田基于Ba(Mg,Ta)O3的钙钛矿材料成功制备了透明陶瓷，透明陶瓷的特性之一是其高折射率，在2004年被应用于数码相机镜头，这是陶瓷作为镜头的首次实际应用。此外，AdValue Technology的Perlucor® 透明陶瓷 (MgAl₂O₄)同样可以手机屏幕、摄像头盖和抬头显示器等领域。
△透明陶瓷 图源：AdValue Technology
半导体行业：如蚀刻反应腔观察窗
△新型透明高熵倍半氧化物陶瓷等离子体刻蚀性能评价示意图 来源：韩国材料科学研究所（KIMS）
等离子体刻蚀是半导体制造的核心工艺之一 。等离子体在刻蚀晶圆的过程中，也会对 观测窗 、腔体内壁 、管路等造成侵蚀 ，从而导致观测窗模糊 、刻蚀机寿命降低 、晶圆污染等一系列问题 。经研究发现，发现YAG陶瓷和Y2O3陶瓷一样具有优异的抗等离子体侵蚀能力 ，明显好于石英和硅酸盐玻璃 ，以商业Al2O3粉和商业Y2O3为 原料 ，采用真空固相反应烧结法首先成功制备出了高质量的YAG透明陶瓷 。
2. 激光与灯管
激光器增益介质：YAG等激光陶瓷用于高功率固体激光器，替代部分晶体材料 。
2010年，W. P. Latham将Yb:YAG陶瓷薄片复合了1mm厚未掺杂的YAG陶瓷端帽，利用复合结构陶瓷获得了6.5kW激光输出；采用神岛化工（Konoshima公司）分别建立了输出功率>67kW和>100kW的陶瓷激光系统。
2009年，Northrop Grumman公司（NGC）建立了端泵的Yb:YAG薄片激光系统。
2006年，美国Lawrence Livemore国家实验室（LLNL）采用5块大尺寸Nd:YAG陶瓷作为增益介质构建了SSHCL热熔激光系统。
△半导体激光泵浦的SSHCL系统的结构示意图
灯管：陶瓷金属卤化物灯用发光管、高压钠蒸气灯发光管。
NGK开发透光性氧化铝陶瓷"HICERAM"（Al2O3），作为高亮度放电灯的发光管材料，有利于延长灯的使用寿命，让现有的环保照明更加环保。
△陶瓷金属卤化物灯用发光管 图源：NGK
△生产流程图 图源：NGK
3. 军用与国防
红外光学窗口/整流罩：红外窗口材料广泛应用于军事，航天及工业等多个领域，可用于制造透明装甲、导弹头罩、高温观察窗口以及航空窗口等。此外，在导弹系统中，红外窗口是结构功能一体化的重要部件，在导弹光电系统中起到传输目标红外信号、保持气动外形和保护内部精密光电元件等三方面的作用，这些光电系统通常是在十分苛刻的条件下工作，对红外体系的窗口材料有很高的性能要求。
△红外窗口材料的主要应用及性能要求
此外，透明陶瓷还被应用于医用牙科陶瓷托槽等领域。
02
六、 透明陶瓷的相关企业
国内透明陶瓷粉体以及相关产品生产企业：中科皓烨、六方钰成、及锋科技、欣珑陶瓷、菲利华、泰格尔、圣诺光电、顶立科技、宁波国锋新材、创发新材料科技、铁锚科技、宇光鸿宇、瓷光光电、中科芯源、御光科技、镭远光电、贝尔德新材料等；国内研究所：上海硅酸盐所、东莞松山湖材料实验室等。
国外透明陶瓷粉体以及相关产品生产企业：村田、KONOSHIMA、NGK、CoorsTek 、AdValue Technology、Surmet Corporation、SOLCERA、美国RSA、Baikowski等。
*文章内容来源公开信息整理，侵删
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