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第51章 透明陶瓷

一个深秋的凌晨,浓重的雾气笼罩着大地。公路上,看不清数米以外的景物。只有路边的高压钠灯的黄光顽强地刺穿浓雾,照亮了路面。

反恐突击队员们佩戴着防强闪光护目镜,乘车迅速地包围了目标建筑。在灯光昏暗的小楼里,恐怖分子紧张地注视着周围。

突然间,接连响起几声爆炸声。顿时,小楼四周闪现出极其强烈刺目的白光。突击队员们立即冲了进去。奇怪的是,恐怖分子竟然没有进行有效的抵抗,只是茫然地瞪大了双眼,胡乱地放了几枪,很快就被突击员们缴了枪。人质被成功地解救了出来……原来,突击队使用了高能强光弹,爆炸产生的强闪光使恐怖分子的视网膜上的植物神经在瞬间被“漂白”,产生了强烈的闪光盲,成了睁眼瞎(可在一定的时间内缓慢地恢复);而突击队员们佩戴的护目镜对可见光的透过率在几十微秒内自动地降低了数干倍,然后,又随着闪光的减弱而迅速地复明,有效地保证了突击队员的战斗力。

这是一个假想的反恐演习。

在这次演习中,悄然无声地发挥着神奇作用的高压钠灯和防强闪光护目镜的关键部件都是采用透明陶瓷制作的:透明氧化铝陶瓷灯管,掺镧锆钛酸铅透明铁电陶瓷。

陶瓷是透明的吗?钠灯为什么要用陶瓷灯管?透明铁电陶瓷又是什么?

陶瓷,对于我们来说,实在是太熟悉了:宜兴的紫砂壶,是多孔的陶;景德镇的餐具,是致密的、上了釉的瓷;而在社会生活中发挥着巨大作用的,是各种各样的结构陶瓷和功能陶瓷。但是,人们一般都不会把它们与“透明”一词联系在一起。

20世纪50年代末,透明氧化铝陶瓷诞生在美国。它像玻璃一样透明,却比玻璃更耐高温、耐腐蚀、化学稳定性更好,强度更高。它的诞生,推动了照明技术的发展。

能源的日益紧缺,大雾、风沙、狂风暴雨等恶劣的气候条件对环境照明技术提出了新的要求:光效要高,功耗要小,恶劣气候条件下光线的穿透力要强。在可见光范围内,金属钠在高温下发出的黄光的穿透力最强,而且它的光效高,功耗小。但是,钠灯的工作温度很高(1000℃以上,最高可达1400℃),同时钠蒸汽又具有强烈的腐蚀性。如果用钠灯,传统的玻璃灯管会软化,会被腐蚀、漏气而失效。于是,透明氧化铝陶瓷进入了人们的视线。从1965年第一支透明氧化铝陶瓷钠灯灯管走上生产线起,到目前为止,全世界的城市照明街灯中,高压钠灯约占90%。

从此以后,人们更进一步地研究开发新的透明陶瓷。

20世纪60年代米,在对铁电陶瓷的改性研究的过程中,掺镧锆钛酸铅透明铁电陶瓷(PLZT陶瓷)问世了。它不仅具有像玻璃一样的光学透过率,同时还具有铁电陶瓷的几乎所有的功能特性。在电场的作用下,它的光学折射率会发生可逆的变化(电控双折射效应),在一定的结构设计中可以做成光开关,高速稳定地自动调节通过光的光强;在电场的作用下,它会可逆地产生光散射现象,从透明态变成毛玻璃态(电控光散射效应)等等。强闪光护目镜就是它的应用实例之一。

为什么普通的陶瓷是不透明的?透明陶瓷是怎样才变得透明的?

陶瓷是采用粉体原料压制成形后经过高温烧结而成的,体内存在着大量的气孔、第二相、随机取向的晶粒界面、缺陷等等,使入射光在通过这些部位时产生无规则的折射、反射而失透。这可以从上述的现象中得到解释:

水压很高的时候,打开水龙头,可以发现放出来的水是浑浊的,连盆底的金属下水圈都看不见了。正当我们在寻找原因时,水慢慢地变清了,很快地又变得清澈透明了。这是因为放水时混入了大量的气泡,随后又慢慢地逸出了的缘故。当我们在这清水中慢慢注入牛奶时,水就变成乳白色,而目.越来越白,同样也小透明了。这就是性质不同于水的第二相(牛奶)在起作用。装修过住房的人也许知道,用两层玻璃将相同质地的钢化玻璃碎粒黏结成的夹板作为卫生间的门玻璃,既美观,又不透明。这就是玻璃碎粒所形成的随机取向的界面,造成了无规则的折射、反射所带来的结果。

在普通陶瓷中,这几种缺陷都存在。这就决定了普通陶瓷是不透明的。

在透明陶瓷中,由于采取了非常特殊的工艺制备方法,使这些问题都一一得到解决,使它的内部结构和化学成分非常均匀,没有气孔和缺陷,而且结构非常精细。

透明氧化铝陶瓷是采用微量氧化镁掺杂的超细氧化铝粉体,经过等静压成形后,存氢气氛下高温烧结而成的。而掺镧锆钛酸铅透明铁电陶瓷则是采用高纯、超细的粉体制备的,所采用烧结工艺是氧气氛条件下的高温、高压烧结。

到目前为止,除了上述两种透明陶瓷之外,已经出现了诸如氧化镁、氧化钪、钇榴石榴石等10多种透明陶瓷。由于它们具有高的光学透过率,优异的化学稳定性,耐高温、耐腐蚀,同时还具有优异的介电、铁电、电光等性能,所以,它们将在照明技术、激光技术、光通讯技术、电子技术、高温技术等领域中发挥出巨大的作用。