透明陶瓷(transparent ceramic)是指采用陶瓷工藝制備的具有一定透光性的多晶材料，又稱為光學陶瓷。通常把直線透過率超過10%的陶瓷稱為透明陶瓷。透明陶瓷自產(chǎn)生以來由于其優(yōu)良的光學性能和固有的陶瓷性能而被廣泛關注，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前已經(jīng)研制出幾十種透明陶瓷。其中鎂鋁尖晶石透明陶瓷是一種光學性能優(yōu)異的鎂鋁復合氧化物燒結(jié)體，具有透光波段寬(從紫外到可見光)、化學性能穩(wěn)定、耐高溫以及良好的機械性能，自問世以來便受到廣泛關注。

1、鎂鋁尖晶石透明陶瓷的發(fā)展歷程

鎂鋁尖晶石透明陶瓷的研究起始于20世紀70年代：

• 1974年美國科學家Batton通過高溫燒結(jié)方法制備了鎂鋁尖晶石透明陶瓷，但由于方法和工藝的限制，使得材料的透過率很低，存在嚴重的光散射；
• 1977年，Becher采用熱鍛鍛壓鎂鋁尖晶石單晶的方法制備鎂鋁尖晶石透明陶瓷；
• 1981年Gentilman利用熔融澆注法制備鎂鋁尖晶石透明陶瓷。盡管兩位科學家制備的透明陶瓷具有優(yōu)異的光學性能，但制備工藝復雜、成本高。
• 1981年在美國國防部支持下Roy采用真空熱壓法制備出光學性能優(yōu)異的鎂鋁尖晶石透明陶瓷。
• 中國臺灣在這方面的研究也比較早，中國大陸在鎂鋁尖晶石透明陶瓷的研究開始于上世紀90年代，并于1996年研制出從紫外到紅外區(qū)高透過率的鎂鋁尖晶石透明陶瓷。

2、鎂鋁尖晶石透明陶瓷的結(jié)構與性能

鎂鋁尖晶石是尖晶石(AB2O4)結(jié)構的代表。它屬于立方晶系，較大氧離子形成立方緊密堆積點陣，各向同性，而鎂離子和鋁離子占據(jù)間隙的1/4，其中較大鎂離子占據(jù)四面體間隙的八分之一，呈現(xiàn)四配位；較小的鋁離子占據(jù)八面體間隙的一半，呈現(xiàn)八配位，如下圖所示。

圖 MgAl2O4晶胞(a)和密堆積透射圖(b)

MgAl2O4透明陶瓷具有非常好的光學透過率，幾乎覆蓋紫外到紅外區(qū)域(190 nm<λ<6000 nm)。從1000~4000nm，透過率接近理論值，4000 nm以后透過率開始下降，但與藍寶石和氮氧化鋁相比，其依然較好。

圖 多晶透明尖晶石的典型透射光譜

MgAl2O4透明陶瓷具有耐腐蝕性、高介電性、良好的電絕緣性以及機械加工性能，同時其硬度隨溫度的變化不是很明顯。總體來說，MgAl2O4透明陶瓷的綜合性能較好。

3、鎂鋁尖晶石透明陶瓷的應用

MgAl2O4透明陶瓷主要利用其在紅外波段(0.3~5.5um)良好的光學性能，在軍事領域中用于制備透明盔甲和傳感器窗口。目前MgAl2O4已經(jīng)成為國防工業(yè)中重要的紅外窗口、透明裝甲以及導彈整流罩的較為理想的材料。

MgAl2O4透明陶瓷制造的防護窗口具有強的抗磨損性、高的強度和高的防護能力。因此，MgAl2O4透明陶瓷被應用于各種苛刻條件下使用的觀察窗口和護目鏡片等。

圖?透明尖晶石（MgAl2O4）基板，來源：住友電工

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