“煉”成一塊黃豆大小的透明陶瓷,要用多長時間?6年!它可不是尋常所見的陶瓷,科學家將其譽為“透明陶瓷之王”。從外觀看,它像玻璃一樣透亮,更神奇的是,能通過激光的考驗。
由中科院上海硅酸鹽研究所自主研發,經中科院上海光學精密機械研究所測試,國產透明陶瓷日前首次成功射出激光,這一“亮”標志著我國在激光材料方面取得重大突破,成為世界上僅有的幾個掌握這一尖端技術的國家之一。
上海硅酸鹽研究所潘裕柏研究員介紹,陶瓷材料所含氣孔、雜質的多少及其致密程度,是決定它能否透明的主要因素之一。透明陶瓷采用高純原料,在真空或氫氣條件下燒結制成,其相對理論密度通常高達99.99%。記者隔著透明陶瓷看報紙,白紙黑字一清二楚。
與透明的玻璃材料相比,透明陶瓷具有高強度、高硬度等優點,抗表面損壞性能好。在軍事領域,它用在護目頭盔和坦克、飛機等的窗口材料上,美國空軍以此為基礎合成的透明防彈護板,經受住了連續射出的槍彈考驗,重量卻比普通防彈玻璃輕一半。在民用領域,日本已用透明陶瓷制成照相機內的組合鏡片,使變焦鏡頭體積減小約20%。
從透明陶瓷到輸出激光的透明陶瓷,更是難上加難。在一般應用中,由透明陶瓷的微結構所帶來的輕微折射,并不影響其光線透過率,但方向性極強的激光穿過透明陶瓷時,一旦有任何折射就會急轉彎,造成“致命誤差”。因此,研發激光級的透明陶瓷須處處微觀,直到材料的最基本單元“晶胞”,這是在新材料領域比拼國家科研實力的“試金石”。
自日本科學家研制出高透明的“Nd:YAG”陶瓷,并率先實現激光輸出后,透明陶瓷表現出單晶體、玻璃體等傳統激光材料無可比擬的潛能。以耐熱性能為例,在激光實驗中,玻璃材料輸出一次激光后,一般要間隔約2小時才能繼續輸出,而低成本、高效率的陶瓷材料間隔時間僅10分鐘左右。為此,日本申請了十余項激光陶瓷專利,包括中國在內的其它國家也投入大量人力、物力、財力開展這項研究。
這次國內測試的激光陶瓷樣品,尺寸僅為3×3×3立方毫米,但它卻是課題組近6年來數百次實驗的結晶,現已申請專利3項,其中1項獲授權。在市科委基礎研究項目資助下,該課題組自主掌握了激光陶瓷原料———納米Nd:YAG粉體技術,通過球磨混合、煅燒干燥等工藝,在1650攝氏度至1780攝氏度真空條件下保溫10小時以上,終于燒結成了Nd:YAG透明陶瓷,光學質量與單晶激光材料相當。潘裕柏說,這種透明陶瓷將繼續“做大做強”,輸出更高功率的激光,力爭趕超國際同行的技術能級。
由中科院上海硅酸鹽研究所自主研發,經中科院上海光學精密機械研究所測試,國產透明陶瓷日前首次成功射出激光,這一“亮”標志著我國在激光材料方面取得重大突破,成為世界上僅有的幾個掌握這一尖端技術的國家之一。
上海硅酸鹽研究所潘裕柏研究員介紹,陶瓷材料所含氣孔、雜質的多少及其致密程度,是決定它能否透明的主要因素之一。透明陶瓷采用高純原料,在真空或氫氣條件下燒結制成,其相對理論密度通常高達99.99%。記者隔著透明陶瓷看報紙,白紙黑字一清二楚。
與透明的玻璃材料相比,透明陶瓷具有高強度、高硬度等優點,抗表面損壞性能好。在軍事領域,它用在護目頭盔和坦克、飛機等的窗口材料上,美國空軍以此為基礎合成的透明防彈護板,經受住了連續射出的槍彈考驗,重量卻比普通防彈玻璃輕一半。在民用領域,日本已用透明陶瓷制成照相機內的組合鏡片,使變焦鏡頭體積減小約20%。
從透明陶瓷到輸出激光的透明陶瓷,更是難上加難。在一般應用中,由透明陶瓷的微結構所帶來的輕微折射,并不影響其光線透過率,但方向性極強的激光穿過透明陶瓷時,一旦有任何折射就會急轉彎,造成“致命誤差”。因此,研發激光級的透明陶瓷須處處微觀,直到材料的最基本單元“晶胞”,這是在新材料領域比拼國家科研實力的“試金石”。
自日本科學家研制出高透明的“Nd:YAG”陶瓷,并率先實現激光輸出后,透明陶瓷表現出單晶體、玻璃體等傳統激光材料無可比擬的潛能。以耐熱性能為例,在激光實驗中,玻璃材料輸出一次激光后,一般要間隔約2小時才能繼續輸出,而低成本、高效率的陶瓷材料間隔時間僅10分鐘左右。為此,日本申請了十余項激光陶瓷專利,包括中國在內的其它國家也投入大量人力、物力、財力開展這項研究。
這次國內測試的激光陶瓷樣品,尺寸僅為3×3×3立方毫米,但它卻是課題組近6年來數百次實驗的結晶,現已申請專利3項,其中1項獲授權。在市科委基礎研究項目資助下,該課題組自主掌握了激光陶瓷原料———納米Nd:YAG粉體技術,通過球磨混合、煅燒干燥等工藝,在1650攝氏度至1780攝氏度真空條件下保溫10小時以上,終于燒結成了Nd:YAG透明陶瓷,光學質量與單晶激光材料相當。潘裕柏說,這種透明陶瓷將繼續“做大做強”,輸出更高功率的激光,力爭趕超國際同行的技術能級。