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透明陶瓷（transparent ceramics）又稱光學(xué)陶瓷，它是在普通陶瓷的基礎(chǔ)上，排除了吸收光線的雜質(zhì)和令光線產(chǎn)生散色的氣孔基礎(chǔ)上生產(chǎn)的高純度陶瓷。與同樣可透光的玻璃及樹脂相比，透明陶瓷具有更高的耐熱性和力學(xué)性能，也能提供比單晶更高效的生產(chǎn)率。
與玻璃相比，透明陶瓷最顯著的優(yōu)勢在于惡劣工況下的應(yīng)用
目前，透明陶瓷作為玻璃、金屬和塑料的替代品的使用增加是推動其市場增長的重要因素，據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)計，在2021年至2028年的預(yù)測期內(nèi)透明陶瓷將以22.35%的速度增長。但由于透明陶瓷的技術(shù)含量較高，與之相對的就是制作耗時耗力，成本較高，從業(yè)界的報道也中不難看出它的下游應(yīng)用多集中在高精尖領(lǐng)域，軍事工業(yè)尤甚，比如說下圖就是由美國海軍研究實驗室(NRL)開發(fā)的用于高能激光(HEL)系統(tǒng)的透明鎂鋁酸尖晶石(MgAl2O4)陶瓷。
透明鎂鋁酸尖晶石透明陶瓷（來源：laserfocusworld）
不過軍工領(lǐng)域重視透明陶瓷不代表它就無法在民用領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱。事實上早在多年以前透明陶瓷就已經(jīng)造訪我們的生活，下方就來列舉一些我們完全可以在生活中接觸到的透明陶瓷應(yīng)用。
1、相機(jī)鏡頭
隨著多媒體影像技術(shù)的發(fā)展，數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)越來越為廣大消費者親睞，人們對數(shù)碼相機(jī)追求其小型化，成像清晰且價格便宜，因此，需要設(shè)計和制造出能夠滿足上述要求的鏡頭。透明陶瓷的一個特點是折射率高，這一特點使其在2004年時被村田制作所開發(fā)用于數(shù)碼相機(jī)鏡頭，這也是世界上首次將陶瓷開發(fā)為鏡頭實用化。
村田制作所推出的透明陶瓷鏡頭名為“Rumisera”，首次作為商品是出現(xiàn)在卡西歐EX-S100的相機(jī)上，有效地縮短了鏡筒長度。Rumisera透明陶瓷的折射率為2.082，是當(dāng)時鏡頭使用最高折射率的材料。
卡西歐EX-S100
但是折射率高的材料，相對也容易產(chǎn)生色散而造成畫質(zhì)不佳(色散是指因不同顏色的光，對鏡頭的折射率不同，因而造成顏色分散）。因此，在使用折射率高的材料時，色散補(bǔ)償相當(dāng)重要。最有效的色散補(bǔ)償方式，就是將鏡頭設(shè)計由球面改成非球面。目前玻璃非球面的成型技術(shù)掌握在少數(shù)廠商手上，而透明陶瓷的成型更是困難。如何降低成型模具的損耗，正是相關(guān)廠商關(guān)注的的重點。
另外在2018年時也有新聞報道，知名光學(xué)設(shè)備制造商蔡司欲推出全球首款以ALON材料制造的透明陶瓷鏡頭。若能成功推出，這款鏡頭將擁有1.79的折射系數(shù)，遠(yuǎn)比普通玻璃的1.4-1.5為高，而且透光率>85%，配合較一般玻璃更輕巧的外型和防刮能力，將是一款相當(dāng)高性能的薄餅鏡頭，有望可以在Sony E-mount無反相機(jī)上使用。不過，ALON制作工序極為繁復(fù)，即使用來制成光學(xué)鏡片，亦可能只會取代過往的高折射率鏡片及前組鏡片，否則會令鏡頭制作成本大幅上升。但可惜的是，這款鏡頭似乎到現(xiàn)在都沒有面世。
當(dāng)年的消息圖
2、透明封裝基板
LED照明被認(rèn)為是繼白熾燈、日光燈、高壓鹵燈后第四代照明光源。與普通光源相比，不僅使用壽命長而且發(fā)光效率很高。但傳統(tǒng)LED受限于材料，主要是單面發(fā)光，能量利用不充分，同時反面大量未能發(fā)散出去的光能又集聚在基片上，轉(zhuǎn)化成熱能，增加了散熱負(fù)擔(dān)。
用于LED照明的透明氧化鋁陶瓷（99.99%以上的高純Al2O3）
圖源：日本礙子官網(wǎng)
多想讓LED多角度發(fā)光（360°發(fā)光），其發(fā)光依靠的芯片的封裝基板除了要作為支撐基體和散熱媒介外，還需要擁有一定的透光率。目前，這種基片材料主要是藍(lán)寶石和玻璃材料，然而玻璃基片的散熱性能較差；藍(lán)寶石散熱性能良好，但藍(lán)寶石是單晶氧化鋁，單晶材料的制備條件苛刻，成品率低，生產(chǎn)成本太高。對比之下，多晶透明氧化鋁陶瓷生產(chǎn)成本比藍(lán)寶石低，強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能比玻璃材料好，因此，氧化鋁透明陶瓷作為LED芯片的基片，是最具潛力的藍(lán)寶石替代品，具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
3、陶瓷金鹵燈管
由于陶瓷材料具有耐酸堿、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性的特點，用其制成的金鹵燈電弧管比用石英制成的金鹵燈電弧管，具有工作溫度高、光效高、顯色性好、體積小、壽命長等優(yōu)點，因此，陶瓷金燈近年來得到較大的發(fā)展，在照明領(lǐng)域中廣泛推廣。目前，陶瓷金鹵燈電弧管主要采用半透明的多晶氧化鋁陶瓷制造，透光率高于玻璃和石英。實踐證明，一體式厚度均勻體積小的半透明多晶氧化鋁陶瓷電弧管結(jié)構(gòu)最為完善。
陶瓷金鹵燈用半透明氧化鋁一體管
4、視窗防護(hù)屏
視窗防護(hù)屏是消費電子產(chǎn)品手機(jī)、平板電腦等的重要零部件，隨著消費電子產(chǎn)品競爭劇烈，對視窗防護(hù)屏提出更高要求，如高硬度、高透光、耐腐蝕、曲面屏。最初的普通手機(jī)視窗防護(hù)屏使用的是亞克力材質(zhì)，在2001年后，手表玻璃加工工藝被運用到手機(jī)面板上，玻璃屏取代了亞克力屏，不僅透光率提高了，而且還更好避免屏幕刮傷，不易變形、老化等。一路到現(xiàn)在，玻璃面板都是主流的選擇。
但是業(yè)界永遠(yuǎn)追求進(jìn)步，于是各方面性能更佳的透明陶瓷也開始受到關(guān)注。比如說AlON透明陶瓷因為性能接近藍(lán)寶石晶體，同時具有陶瓷耐腐蝕、尺寸大、易成型等優(yōu)點，目前已經(jīng)成為下一代視窗防護(hù)屏材料的研發(fā)熱點。根據(jù)科創(chuàng)中國消息，目前我國的技術(shù)團(tuán)隊已經(jīng)建立了AlON透明陶瓷材料的粉體表面改性、近形復(fù)雜成型、高透過率坯體制備，精密加工的完整技術(shù)鏈，掌握了AlON陶瓷視窗防護(hù)屏的完制備技術(shù)工藝。
5、透明陶瓷托槽
近年來，越來越多的牙科患者，尤其是女性進(jìn)行正畸治療，因而對正畸矯治器的美學(xué)要求也就越來越高。1986年，陶瓷托槽首次被引入正畸領(lǐng)域，其后，多種類型的陶瓷托槽廣泛的應(yīng)用于臨床。
這種粘在牙齒表面上凸起的小方塊就是托槽，是固定矯正器最重要的組成部分
目前應(yīng)用陶瓷托槽主要為氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷。氧化鋁陶瓷托槽根據(jù)其制作工藝的不同，又可分為單晶透明氧化鋁陶瓷和多晶透明氧化鋁陶瓷。由于多晶透明氧化鋁陶瓷制作工藝更為簡單，具有透明特性，美學(xué)特性較好，粘在牙齒上隱蔽性較好，能使矯治過程悄然完成，目前應(yīng)用較為廣泛。
總結(jié)
以上就是部分小編搜集到的透明陶瓷在民用領(lǐng)域的應(yīng)用訊息?？梢钥闯鐾该魈沾呻m然被業(yè)界重視，但實際應(yīng)用上與玻璃這種已被應(yīng)用多年的材質(zhì)還是有所差距，因此無論是制備的成品品質(zhì)還是成本的控制上都還需要多加努力。期待更多的產(chǎn)品問世！
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