陶瓷，大家都不陌生，但有多少人見過如玻璃般透明的陶瓷？日前，記者走進(jìn)江蘇師范大學(xué)江蘇省先進(jìn)激光技術(shù)與新興產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心產(chǎn)業(yè)化基地——江蘇錫沂高新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，不同應(yīng)用場景的新型透明陶瓷令人大開眼界。“這是透明陶瓷復(fù)合裝甲，別看它很輕薄，但強(qiáng)度比厚其兩倍的鋼化玻璃還要高；這種透明陶瓷如保鮮膜一樣柔軟輕薄，可以應(yīng)用于薄片熒光陶瓷、智能終端保護(hù)外屏等。”江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院副院長、江蘇錫沂高新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院負(fù)責(zé)人張樂如數(shù)家珍。

透明陶瓷是“光”功能和陶瓷載體的美妙結(jié)合。回顧其60余年發(fā)展歷程，從最初的“半透明”到現(xiàn)在的完全透明，其材料體系、制備手段日趨豐富，材料光學(xué)性能大幅度提升。作為新一代光功能材料，透明陶瓷在固體激光、防護(hù)裝甲、固態(tài)照明等關(guān)鍵領(lǐng)域具有極大應(yīng)用潛力。

“陶瓷變透明需要滿足3個極為嚴(yán)苛的條件，第一是不能有任何雜質(zhì)，第二是不能有任何氣孔，第三是陶瓷內(nèi)部需要保證絕對均勻。”張樂拿起桌上的一只陶瓷茶杯介紹，傳統(tǒng)的陶瓷制品，其內(nèi)部實(shí)際上很粗糙，有很多氣孔。既然變透明這么難，為什么還要迎難而上？因?yàn)橄噍^于玻璃，透明陶瓷優(yōu)勢明顯。“首先，陶瓷的熱導(dǎo)率高達(dá)玻璃的5倍及以上。光透過介質(zhì)，不可避免會產(chǎn)生損耗，這種損耗會轉(zhuǎn)化成熱，玻璃的熱量散不出去，因此容易炸裂，而透明陶瓷可以很好地導(dǎo)熱。其次，陶瓷是我國傳統(tǒng)文化的典型代表，我們在異形結(jié)構(gòu)、大尺寸陶瓷燒制技術(shù)以及缺陷控制等方面有著先天的優(yōu)勢。”張樂解釋道。

球磨、干燥、脫脂排膠、真空燒結(jié)、退火……每一件透明陶瓷產(chǎn)品都需要經(jīng)過5—8次的高溫?zé)Y(jié)，每一次燒結(jié)往往需要十幾個小時，這其中任何一步出現(xiàn)問題都會導(dǎo)致產(chǎn)品整個報(bào)廢。長期以來，我國在高性能透明陶瓷原料粉體及大尺寸均勻成型與燒結(jié)技術(shù)(裝備)等方面，與日本、美國、法國等國家存在明顯差距。為此，10年前，江蘇師范大學(xué)開始布局相關(guān)技術(shù)研發(fā)，嘗試開發(fā)基于多維度極限尺寸(高長徑比、超薄、大尺寸)幾何構(gòu)型的透明陶瓷產(chǎn)品。

“針對不同的應(yīng)用場景，透明陶瓷有不同的形態(tài)，但每種形態(tài)都必須考慮到光電轉(zhuǎn)化過程中散熱等核心問題，無疑給技術(shù)研發(fā)增加了很大難度。”經(jīng)過不懈努力，團(tuán)隊(duì)最終攻克了凝膠注模、水基流延、擠出成型、噴霧造粒這4項(xiàng)透明陶瓷高質(zhì)量成型關(guān)鍵技術(shù)，為多維度極限尺寸透明陶瓷的精密成型與創(chuàng)新應(yīng)用提供了系統(tǒng)解決方案。目前相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品分別在風(fēng)華高科、格利爾等12家企業(yè)得到推廣應(yīng)用，近兩年銷售額近19億元。

以前想要制備一塊高質(zhì)量的激光陶瓷，必須使用日本或法國的原料、德國的設(shè)備和美國的熱等靜壓機(jī)等，甚至連使用的球磨子都需要從國外進(jìn)口。為解決原料和生產(chǎn)設(shè)備“卡脖子”難題，2019年10月，張樂帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與省內(nèi)多家企業(yè)深度合作，聯(lián)合攻關(guān)。“如何在保證高純度原料的情況下，提升粉料的燒結(jié)活性？如何保證燒結(jié)熱場均勻？這些既是難點(diǎn)，也是我們不斷‘死磕’的重點(diǎn)。”經(jīng)過4年多技術(shù)攻關(guān)，團(tuán)隊(duì)最終在透明陶瓷生產(chǎn)所需的核心原材料和關(guān)鍵裝備等方面基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

在透明陶瓷原料中加入不同的稀土元素，可應(yīng)用于不同的場景。“加入釹離子，可以制作透明激光陶瓷；加入鈰離子，可以制作效率更高、熱穩(wěn)定性更好的熒光陶瓷。”研究院高技術(shù)陶瓷項(xiàng)目小組負(fù)責(zé)人邵岑舉例說，現(xiàn)在汽車上使用的LED大燈，核心光轉(zhuǎn)換材料多為樹脂基材料，背后需要很大的散熱系統(tǒng)。但如果換成陶瓷基的激光照明光源，即便長時間工作產(chǎn)生大量熱量，在近2000攝氏度高溫下燒制而成的陶瓷也不會出現(xiàn)發(fā)黑、炸裂等問題。正因于此，部分高端汽車的激光大燈、高功率的激光顯示等目前已開始使用熒光陶瓷材料。

“今年起產(chǎn)品訂單量大幅提升，這給了我們極大的信心和更多的期待。”張樂表示，除了繼續(xù)擴(kuò)大民用領(lǐng)域市場份額，團(tuán)隊(duì)下一步將聚焦國家重大工程，開展空天激光陶瓷、儲能蓄光陶瓷等產(chǎn)品研發(fā)。