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。透明陶瓷自產生以來由于其優良的光學性能和固有的陶瓷性能而被廣泛關注，經過幾十年的發展，目前已經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異的鎂鋁復合氧化物燒結體，具有透光波段寬(從紫外到可見光)、化學性能穩定、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構與性能

鎂鋁尖晶石是尖晶石(AB2O4)結構的代表。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間隙的1/4，其中較大鎂離子占據四面體間隙的八分之一，呈現四配位；較小的鋁離子占據八面體間隙的一半，呈現八配位，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已經成為國防工業中重要的紅外窗口、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

原文始發于微信公眾號（陶瓷科技視野）：一文了解鎂鋁尖晶石透明陶瓷