新材料概论课件ppt 第6章 光学功能材料

第6章光学功能材料

辽宁石油化工大学机械工程学院金属材料工程系连景宝主要内容6.1

发光材料

6.2透明陶瓷6.3

发光陶瓷

CompanyLogo9.11事件图片CompanyLogo6.1发光材料

发光是将某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程。

热辐射：任何绝对零度以上的物质都会发射热辐射，大多数位于红外区。一般600℃以上会有部分可见光成分。热辐射基本上只与物体温度有关，而与物质种类无关。例如：太阳光，白炽灯泡，烧热的炉膛。CompanyLogo①电能先转化为热能；②热激励使电子跃迁到高能带；③电子返回低能带辐射光子--发光。CompanyLogo6.1发光材料6.1.1概述什么是发光材料？（掌握）是一种能够把从外界吸收的各种形式的能量转换为非平衡光辐射的功能材料。CompanyLogo发光材料的形态发光材料的三大特性CompanyLogo发光材料的发展历程CompanyLogo发光材料的分类CompanyLogo按材料分：CompanyLogo人类有目的地研究发光现象已有100余年的历史了，可是，至今却没有得出一个普遍而完整的发光作用机理。下面只简介两种常见的发光模型。A分立中心发光B复合发光CompanyLogo

分立中心发光分立中心发光是在材料基质中掺杂发光离子。如典型的发光物质Al2O3：Cr3+基质为Al2O3发光中心为Cr3+，Cr3+称为激活剂。CompanyLogo

发光的基本过程（掌握）激发：外部能量使发光材料中的发光中心进入激发态。发射：处于激发态的发光中心通过光发射的方式回到基态，属于辐射跃迁。产热：通过产热的方式回到基态，属于无辐射跃迁。CompanyLogo发光材料有时还掺杂敏化剂（S），敏化剂（S）吸收激发能变为激发态后，把能量传递给激活剂，即激发能从一个中心传递到另一个中心，能量传输完成后，可以发生源于A的发射。CompanyLogo一个常见的例子是灯用荧光粉Ca5(PO4)3F:Sb3+,Mn2+,其中Sb3+敏化Mn2+的发光。CompanyLogo用于激活剂的阳离子主要有（掌握）①过渡族金属离子②稀土离子③惰性气体④主族的一些元素。过渡族金属离子CompanyLogo稀土离子发光分两种情况：①f-f跃迁

由于4fn电子在空间上受到外层5s25p6电子所屏蔽，基质晶体场对能级分裂作用非常小，故在光谱中其发射跃迁呈窄带或线状光谱；②4f-5d跃迁

由于5d轨道较4f轨道容易受到晶体场的影响，其发光颜色容易随基质的不同而改变，在发射光谱中均表现为宽带。CompanyLogo

复合发光复合发光是指电子与空穴复合时辐射出光子而发光。CompanyLogo

发光材料的主要性能参数一般发光系统主要特性有：①激发光谱②发射光谱③色度④荧光寿命⑤余辉⑥光效率……CompanyLogo激发光谱是指发光材料在不同波长光的激发下，该材料的某一发射光谱线（或谱带）的强度与激发波长的关系。CompanyLogo激发光谱有重要的应用价值，根据激发光谱可以确定激发该发光材料使其发光所需要的激发波长范围，并可确定某发射谱线强度最大时的最佳激发光波长。例如日光灯灯管中水银蒸气发出的紫外线能量的90％集中在254nm，就得选择激发光谱峰值在此附近的荧光粉。CompanyLogo发射光谱是记录某一特定波长光的激发下，发光材料所发射光的强度随波长或能量分布的关系。从光谱外形上看，发射光谱可分为：宽带谱、窄带谱和线状谱。宽带半宽度约100nm，如CaWO3窄带半宽度约50nm，如Sr(PO4)3Cl:Eu3+线谱半宽度约0.1nm如GdVO4:Eu3+CompanyLogo色度指发光的颜色，常用国际照明委员会CIE标准色度学系统的色坐标x、y、z来表示。实验证明大多数颜色可以由三种基本颜色以适当的比例合成，一般选红、绿、蓝三种颜色为三基色。CIE坐标：描述荧光粉的相对颜色的技术指标。发光材料的颜色在商品上主要用所谓色坐标来表示。CompanyLogo荧光寿命为激发态的寿命，即电子返回基态前耽搁在激发态时的平均时间。余辉指激发停止后的发光，余辉时间不同于荧光寿命。余辉曲线发光强度随衰减时间的变化。发光的衰减律主要包括e指数衰减律和双曲线衰减律两种常见的衰减形式。CompanyLogo发光材料的一个重要特性是它的发光持续时间。依发光持续时间，我们可应将发光区分为荧光和磷光：①荧光（Fluorescence）：激发和发射两个过程之间的间隙极短，约为<10-8秒。只要光源一离开，荧光就会消失。②磷光（Phosphorescence）：在激发源离开后，发光还会持续较长的时间。CompanyLogo根据余辉可将发光材料分为六个范围：极短余辉<1μs短余辉1~10μs中短余辉10-2~1ms中余辉1~100ms长余辉0.1~1s极长余辉>1sCompanyLogo发光效率是发光体的重要物理量。通常有三种表示方法：①量子效率②功率效率③光度效率量子效率是指发射的光子数与激发时的光子数之比。功率效率是指发射光的功率与激发时输入的光功率之比。CompanyLogo光度效率是指发射的光通量与激发时输入的电功率之比，单位为lm/W。一般激发光光子的能量总是大于发射光光子的能量，即使量子效率是100%，也有能量损失，但量子效率就反映不出来，需用功率效率来表示。作为照明发光材料的应用，总是作用于人眼的，功率效率很高的发光材料，人眼看起来不一定亮，因此用人眼来衡量发光器件的功率时，常使用光度效率。CompanyLogo非激活发光—指由于发光材料本身的热歧化作用产生的晶格缺陷引起的发光。激活发光—指由于基质晶格中掺入的稀土金属离子、过渡族金属离子或其它杂质离子而产生的杂质缺陷引起的发光。激活剂—掺入的激活物质叫做激活剂。CompanyLogo光致发光—在紫外光、可见光或红外光的激发下使发光物质产生发光的现象。阴极射线发光—在高能电子束的激发下使发光物质产生发光的现象。CompanyLogo电致发光—在直流或交流电场作用下，依靠电流和电压的激发使发光物质产生发光的现象。CompanyLogoX射线发光(Radioluminescence)—指在X射线的激发下使发光物质产生发光的现象。Bi4Ge3O12(BGO)单晶γ-CuI单晶掺Tb3+发光玻璃CompanyLogo生物发光-生物体内由于生命过程的变化产生的发光现象，是一种特殊类型的化学发光，化学能转变为光能的效率几乎为100%。萤火虫及鱼类的生物发光等。CompanyLogo6.1.2典型的发光材料发光材料一般需要一种基质晶体结构，例如ZnS、CaWO4和Zn2SiO4等，在掺入少量的诸如Mn2+、Sn2+、Pb2+、Eu2+等阳离子。这些阳离子往往是发光活性中心，称作激活剂（Activators）。有时还需要掺入第2类型的杂质阳离子，称作敏化剂（Sensitizer）。CompanyLogo

二元化合物为基质的发光材料1）IA-VIIA族化合物CsI:[Na]，在CsI中加入NaI热熔融而成。在X射线激发下发出蓝色光，峰值位于420nm，对X光有高的吸收率和高发光效率。CompanyLogo

二元化合物为基质的发光材料2）IIA-VIA族化合物SrS:Ce3+为电致发光蓝粉；CaS:Eu，Tm被认为是当前实用较广的红色长余辉发光粉，但基质吸湿性强，实际应用受到限制。CompanyLogo3）IIB-VIA族化合物ZnS:Cu，Cl在交流电压下发出明亮的绿色，是最成熟和应用最广的粉末电致发光材料。

ZnS:Mn发黄光是唯一的交直流两用的电致发光材料。ZnS:RE（RE=Eu，Ce，Tb，Tm，Er、Ho、Nd等）为粉末电致发光材料，在电场作用下发出荧光。CompanyLogo4）IIIA-VA族化合物

GaN单晶是用作半导体发光的基质材料，发光波长在490nm，可做成蓝色发光器件。

GaAs单晶是用作半导体发光的基质材料，发射波长为900nm左右，属于近红外区。GaAs1-xPx单晶是目前广为应用的半导体发光材料，根据As/P的配比的变化发出不同颜色的光。GaAs0.6P0.4发红光，峰值波长为650nm左右。CompanyLogo5）IV-IV族化合物碳化硅（SiC）单晶通过掺杂Al可发出蓝色光，光谱峰值在460nm左右；掺杂B可发出黄光，光谱峰值在580-590nm之间。CompanyLogo

氧化物及含氧酸盐为基质的发光材料1）氧化物Y2O3:Eu为红光荧光粉、PDP发光粉、阴极射线发光材料。在253.7nm紫外光和阴极射线激发下发射橙色荧光，发射光谱为窄带，主峰波长值为611nm。CompanyLogoCompanyLogo2）钨酸盐

CaWO4发光特征是自激活，来源于钨酸根阴离子基团。在253.7nm激发下产生峰值为415nm的蓝光。此发光粉亦可以被X射线、放射线激发。CompanyLogo3）磷酸盐3Ca3(PO4)2-Ca(F,Cl)2:Sb,Mn，为白色粉末，相对密度为3.14-3.17。在253.7nm光激发下，单掺锑产生480nm蓝光，同时掺人锰后，蓝光受抑制，并产生580nm橙光，可得到从蓝白色到橙黄色的一系列不同光色的发光粉。Hg白光玻璃壳磷光体料涂层185nm254nm

日光灯的构造示意图

CompanyLogo4）硅酸盐Zn2SiO4:Mn绿色荧光粉、PDP绿粉、阴极射线发光粉，在253.7nm紫外光、阴极射线和VUV激发下发出绿光，峰值为525nm。CompanyLogo5）铝酸盐CeMgAl11O19:Tb绿光荧光粉，在253.7nm紫外光激发下发下发出绿光，峰值为542nm。BaMgAl10O17:Eu蓝光荧光粉、PDP蓝粉，在253.7nm紫外光激发下，峰值为450nm。BaAl12O19:Mn绿色荧光粉、PDP绿粉。CompanyLogoSrAl2O4:Eu在253.7nm紫外光或日光激发下发出绿光，发光波长520nm，余辉时间超过2000min。YAG:Ce能被320~365nm紫外光和405~510nm的蓝光有效激发，发绿-黄-橙黄色光，适当调节激发光源与发光粉的光量（即黄、蓝比），可以得到白光。CompanyLogo6）硼酸盐(YGd)BO3:Eu红色荧光粉、PDP红粉。在253.7nm紫外光激发下发出红光，峰值为611nm。CompanyLogo

稀土发光材料

我国是世界稀土资源最丰富的国家，拥有发展稀土应用得天独厚的资源优势。元素周期表中，从原子序数57-71的15个镧系元素加钪和钇共17个稀土元素，无论它们被用作发光材料的基质部分，还是被用作激活剂、共激活剂、敏化剂或掺杂剂的发光材料，一般统称为稀土发光材料。CompanyLogoCompanyLogo全球稀土资源储量和产量分布情况CompanyLogo稀土简介CompanyLogo稀土材料产业链CompanyLogo世界稀土发光材料的发展史从1794年发现钇到1947年从铀裂变产物中分离得到钪，17种稀土元素全部被分离出来，整整用了150年的时间。CompanyLogo（1）稀土发光材料的优点及应用1）稀土发光材料具有许多优点（掌握）：①吸收能量的能力强，转换效率高；②可发射从紫外光到红外光的光谱，特别是在可见光区有很强的发射能力；③发光的色纯度高；④发光寿命从纳秒跨越到毫秒；⑤物理化学性能稳定，耐高温，能承受大功率电子束、高能辐射和强紫外光作用等。

CompanyLogo2）应用：目前，稀土发光材料已经成为人们日常生活中不可缺少的材料，广泛地应用于照明设备、彩色电视荧光屏、等离子平板显示屏（PlasmaDisplayPanel，PDP）、电脑显示器、X射线增感屏、X射线断层扫描、闪烁体，稀土三基色荧光灯、太阳能光电转换、光信息传递、激光、辐射场的探测和记录、光电子器件、农业及军事等诸多方面。CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo稀土发光材料应用领域分布CompanyLogo

从目前的应用领域及消费结构看，稀土发光材料约90%的需求来自于节能照明及电子信息产业。目前已形成三大主流产品：节能灯用稀土发光材料、显示器用稀土发光材料和特种光源用稀土发光材料。CompanyLogo稀土发光材料的生产工艺-稀土三基色荧光粉生产工艺流程图CompanyLogo（2）常见的稀土发光材料

1）硫化物发光材料以硫化物为基质的发光材料是国内外研究最早、最深入、应用最广泛的发光材料。种类：CaS:Eu2+，CaS:Ce3+，CaS:(Ce3+,Tb3+)和SrS:(Eu3+,Sm3+)等。优点：这类发光材料合成工艺简单，成本低廉；缺点：化学稳定性差，易潮解，余辉时间短等。CompanyLogo（2）常见的稀土发光材料

2）氧化物发光材料以氧化物为基质的发光材料具有良好的物理化学稳定性和较大的禁带宽度，是发光材料开发研究的一种理想的基质材料。掺杂Eu3+离子的Y2O3作为高效的红色发光材料，已被广泛应用于高清晰电视、投影电视、平板电视和绿色照明工程等领域。CompanyLogo3）硫氧化物发光材料以硫氧化物为基质的发光材料具有非常高的光吸收与传能效率，掺杂各种激活离子后具有良好的发光性能，是一类重要的高性能发光材料，被广泛地应用于彩色电视、投影电视的显像管和荧光屏，等离子体显示、X射线发光粉和X-CT等诸多方面。CompanyLogo其中，Eu3+离子掺杂的Y2O2S:Eu3+最具有代表性，它具有发光亮度高、衰减时间短、稳定性好等特点，成为彩色电视显像管中重要的红色发光材料。CompanyLogoGd2O2S:(Pr,Ce,F)陶瓷闪烁体具有X射线转化效率高、衰减时间短、辐照稳定性好等优点，适合应用在极快速的X射线成像场合。CompanyLogo4）硅酸盐发光材料-Y2SiO5:Eu3+5）铝酸盐发光材料-SrAl2O4:(Eu2+,Dy3+)6）硼酸盐发光材料YBO3:Eu3+(Y,Gd)BO3:Eu3+7）磷酸盐发光材料-LaPO4:(Ce3+,Tb3+)8）钒酸盐发光材料-GdVO4:Eu3+，LaVO4:Eu3+9）铌酸盐发光材料-LnNbO4(Ln=Y,La,Gd,Lu):Re3+(Re=Er,Sm,Tb,Tm)10）钛酸盐发光材料-CaTiO3:Pr3+CompanyLogo稀土发光材料市场分析伴随着节能照明和消费电子产业的崛起，稀土发光材料行业内出现很多新技术新产品，产业应用出现爆发式增长，预计到2015年总市场需求量将达1.7万吨以上。稀土发光国内市场分析CompanyLogo

无极灯、全光谱灯、白光LED灯等新型照明光源以及信息产业、医药产业、现代农业等新型领域正在快速发展，对稀土发光材料的市场需求将持续快速增长。稀土发光材料作为节能灯生产的基础原材料，其市场需求将出现快速增长，预计到2015年需要将达1.5万吨以上。CompanyLogo全球产量分布目前稀土发光材料研发和生产主要集中在中国、日本、美国、德国和韩国。我国已经成为世界稀土发光材料第一生产国和第一消费大国，2010年我国稀土发光材料产量占全球总量的57%。CompanyLogo国外发光材料产量情况随着新型平板电脑显示迅速发展，液晶显示的冷阴极灯（CCFL）背光源用荧光粉需求持续增加；市场集中在国外企业；全球等离子体显示（PDP）用荧光粉市场集中在国外企业，由日本的日亚和三菱化学垄断。CompanyLogo国内发光材料产量情况中国在LED荧光粉，CCFL荧光粉和PDP荧光粉全球市场占有率不高，节能灯用荧光粉的产量逐年递增。CompanyLogo稀土发光材料的发展趋势

性能提升：不断提高稀土发光材料的稳定性、发光效率等性能指标，为节能照明、LED、PDP等产业发展需要提供更优质产品。

新材料研究：不断研究稀土发光材料新产品，拓宽应用领域。稀土发光材料具有一般元素所无法比拟的光谱性质，有丰富的电子能级和长寿命激发态，可以产生多种多样的吸收和发射光谱。CompanyLogo新兴应用领域：大力推动稀土发光材料新兴领域的应用发展，如信息产业、医药产业、现代农业、新能源等产业用稀土发光材料应用发展

环保：大力开发新型无汞荧光灯产品及适合无汞要求的稀土发光材料，同时大力开发稀土消耗量少的荧光粉，减少稀土资源的消耗。CompanyLogo稀土发光材料企业分析CompanyLogoCompanyLogo国内稀土发光重点企业CompanyLogo6.1.3发光材料的典型合成法与表征1.固相法4.表征2.沉淀法3.水热法CompanyLogo固相法是被普遍采用的稀土发光材料合成方法，也是目前合成各类稀土发光材料唯一的工业化方法。其主要过程是将高纯度的原料按一定比例称重，加入一定量的助熔剂充分混合、磨匀，然后在一定温度、气氛和时间条件下进行煅烧从而获得所需产物。1固相法

CompanyLogo2沉淀法

1）定义沉淀法是利用各种溶解在水中的物质反应生成不溶性的氢氧化物、碳酸盐和硫酸盐等前驱体沉淀物，再将此沉淀物进行干燥或煅烧，从而制的相应的纳米粒子。CompanyLogo2沉淀法

2）特点沉淀法可以广泛用来合成单一或复合氧化物的纳米粉体，其优点是反应过程简单，成本低，便于推广和工业化生产。CompanyLogo3）分类①直接沉淀法直接沉淀法是使溶液中的金属阳离子直接与沉淀剂（如OH-、CO33-）在一定条件下发生反应而形成沉淀物，并将原来的阴离子洗去，经热分解得到纳米粉体。直接沉淀法操作简便易行，对设备技术要求不太苛刻，不容易引入其他杂质，有良好的化学计量性，成本较低，合成纳米粉体的粒径分布较宽。CompanyLogo②共沉淀法共沉淀法是在混合的金属盐溶液中（含有两种或两种以上的金属离子）加入合适的沉淀剂，反应生成均匀沉淀，沉淀热分解后得到高纯纳米粉体材料。在制备过程中完成反应物的反应和掺杂过程，因而得到的纳米粉体化学成分均一，粒度小而且均匀。CompanyLogoCompanyLogo③均匀沉淀法均匀沉淀法是指沉淀离子之间并不直接发生反应，而是通过溶液中发生的化学反应，缓慢而均匀地在溶液中产生沉淀剂，从而使沉淀在整个溶液中均匀缓慢地析出的沉淀方法。此方法避免了直接添加沉淀剂而产生的体系局部溶度不均匀的现象，从而控制粒子的生长速度，制备粒度均匀的纳米粉体。

CompanyLogo常用的沉淀剂有尿素和六甲基四胺尿素的水解反应如下：

硫代乙酰胺的水解反应如下：酸性溶液中碱性溶液中CompanyLogo3水热法

1）水热法的概念水热法（HydrothermalSynthesis），是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压（或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。CompanyLogo2）局限性：该法往往只适用于氧化物或少数对水不敏感的硫化物的制备，而对其他一些对水敏感的化合物制备不适用。3）特点：高纯、超细、粒径分布窄、颗粒团聚程度轻、晶体生长较完整、工艺相对简单、粉体烧结活性高。CompanyLogo4）生产设备高压釜是进行高温高压水热与溶剂热合成的基本设备，高压容器一般用特种不锈钢制成,釜内衬有化学惰性材料，如Pt、Au等贵金属和聚四氟乙烯等耐酸碱材料。CompanyLogo带搅拌高压反应釜装置图

CompanyLogo简易高压反应釜实物图

CompanyLogo5）水热法合成工艺水热法合成的一般工艺CompanyLogo6）水热法合成存在的问题①水热条件下的晶体生长或材料合成需要能够在高压下容纳高腐蚀性溶剂的反应器，需要能被规范操作以及在极端温度压强条件下可靠的设备。CompanyLogo由于反应条件的特殊性，致使水热反应相比较其他反应体系而言具有如下缺点：a无法观察晶体生长和材料合成的过程，不直观。b设备要求耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬、技术难度大，温压控制严格、成本高。c安全性差，加热时密闭反应釜中流体体积膨胀，能够产生极大的压强，存在极大的安全隐患。CompanyLogo②水热反应的反应机理还有待分析。目前，晶体生长机理的理论体系在某些晶体生长实践中得到了应用，起到了一定的指导作用。但是，迄今为止，几乎所有的理论或模型都没有完整给出晶体结构、缺陷、生长形态与生长条件四者之间的关系，因此与制备晶体技术研究有较大的距离，在实际应用中存在很大局限性。

CompanyLogo4表征

（1）概述微观粒子种类很多，用途也很广。其中人们最熟悉、应用最广泛的是电子、离子和X射线。其中电子是一种基本粒子，带负电荷e=1.602×10-19C，静止质量m0=9.110×10-31kg。CompanyLogo4表征

入射电子与物质相互作用，产生的信息：1）二次电子2）背散射电子：利用二次电子和背散射电子可以制成扫描电子显微镜，观察物质形貌；3）X射线利用X射线可研究物质的结构和成分；4）俄歇电子：利用激发电子（俄歇电子）、荧光X射线，可制成显微分析仪器，来进行成分分析；CompanyLogo5）吸收电子：一些电子因碰撞而停止运动；6）透射电子：利用透射电子，可以制成透射电镜，用以观察物质内位错和原子像等；7）阴极发光：某些物质在高能电子轰击下，会发光；8）电动势：电子打到半导体和绝缘体上时，产生电子空穴对，形成正负电场。CompanyLogo（2）X射线衍射1）X射线由德国物理学家伦琴1895年发现。2）X射线衍射的基础就是英国物理学家Bragg父子于1912年导出的Bragg定律，它其实是一种衍射几何规律的表达式。n是整数，称为反射级数；λ是入射的X射线波长；θ是入射线或反射线与反射面的夹角，称掠射角，把2θ称衍射角CompanyLogo2023/6/499CompanyLogo2dsinθ=λ是X射线在晶体中产生衍射必须满足的基本条件，反映衍射方向和晶体结构之间的关系，即布拉格方程。CompanyLogoqqoPR

X-rayDiffraction(Braggcondition)qq2d·sinq=lddl/2dsinqlCompanyLogo4）粉末衍射卡（PDF）1942年由美国材料检验协会(ASTM)整理出版一套卡片，约1300张，称为ASTM卡片。1969年，该协会与英国、法国、加拿大等国的有关协会联合组成名为<粉末衍射标准联合会>（JCPDS）的国际机构，负责PDF卡片的收集、整理、编辑和发行工作。CompanyLogoPDF卡片所包含的晶体信息较多。哈拉瓦特法（Hanawalt）手工进行检索的步骤：①在此d值系列中，选出2theatre＜90°、强度最高的三根线的d值，即d1、d2、d3，然后在哈拉瓦特索引手册中找到相应的d1（最强线的面间距）所在的大组。②在这一大组中，找出与此三条线d1、d2、d3和相对强度都对应的条目。③若满足②的条目有数列，再对照八条强线的数据，从中找出可能的物相及其卡片号。④按号取出卡片，与实验得到的d值和I/I1对照。若d值的误差没有超过规定的范围，强度又基本相当，则物相鉴定完成。现在一般的XRD检测仪器都附带了相应的XRD图谱检索软件，如JADE,Winpdf等。CompanyLogo5）谢乐公式①材料中晶粒尺寸大小，可根据谢乐公式计算。式中：D是晶粒尺寸；λ是X射线的波长；2θ是衍射角；B是X射线衍射峰半高宽；K是常数。②使用谢乐公式前应注意的是：需用标准氧化硅或刚玉校准仪器本身对衍射峰的宽化因素；若有峰重叠，需用分峰软件把单个峰解卷积；计算时一定要用软件扣除Kα2衍射线对峰的宽化作用。CompanyLogo6）根据确定的XRD图谱可以计算晶格常数，其基本依据是各类型晶格的晶面间距与晶面指数是一一对应的。典型晶系的晶面间距的表达式为:

式中，HKL是晶面的米勒指数；

2θ是XRD图谱上的衍射角；

λ是X射线的波长；

dhkl为指数为(hkl)的晶面的面间距。CompanyLogo注意：用标准氧化铝或刚玉校准仪器本身的位相偏移若有峰重叠，需用分峰软件把单个峰解卷积；应在很慢的速度下扫描衍射角；采用高能量的X射线；尽量使用高衍射角区域的数据进行计算。CompanyLogo（3）扫描电子显微镜分析1）发展简史

1935年，扫描电子显微镜的设计思想和工作原理被提出来。

1942年，英国首先制成一台实验室用扫描电镜，分辨率差，照相时间长，使用价值不大。

1956年，开始生产商品扫描电镜。近数十年来，扫描电镜已广泛应用在生物学、医学、冶金学等学科的领域中，促进了相关学科的发展。CompanyLogoJEOL扫描电子显微镜CompanyLogo2）工作原理从电子枪阴极发射出直径20-30μm的电子束，受到阴阳极之间加速电压的作用，射向镜筒，经聚光镜及物镜的会聚作用，缩小成直径约几纳米的电子探针。在物镜上部的扫描线圈的作用下，电子探针在样品表面作光栅状扫描并且激发出多种电信号，这些电信号被相应的检测器检测，经过放大、转换、变成电压信号，最后被送到显像管的栅极上并且调制显像管亮度。CompanyLogo3）扫描电子显微镜特点①直接观察样品表面的结构，样品尺寸可大至120mm×80mm×50mm。②样品制备过程简单，不用切成薄片。③样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此可以从各种角度对样品进行观察。④景深大，样品富有立体感。景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。CompanyLogo3）扫描电子显微镜特点⑤图像放大范围广，分辨率也比较高。放大倍数为十几倍到几十万倍，分辨率介于光学显微镜和透射电镜之间，可达3nm。⑥电子束对样品的损伤与污染程度较小。⑦在观察形貌的同时，还可以利用样品发出的其他信号作微区成分分析。CompanyLogo（4）透射电子显微分析透射电子显微镜（transmissionelectronmicroscopy,TEM）是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。通常TEM的分辨率为0.1-0.2nm，放大倍数为几万-百万倍，用于观察超微结构（即小于0.2μm）。CompanyLogoCompanyLogo借助于这一成像原理即可观测样品的外形轮廓、表面形貌、内部构、晶粒或颗粒尺寸等。TEM和SAED结合还可以分析微结构的成分、结构等。透射电子显微镜在材料科学、生物学上应用较多。由于电子易散射或被物体吸收，故穿透力低，样品的密度、厚度等都会影响到最后的成像质量，必须制备更薄的超薄切片，通常为50-100nm。CompanyLogo（5）电子衍射分析自20世纪50年代以来，电子显微镜发展很快，在电子显微镜中进行选区衍射、反射和高分辨衍射也是物相分析的重要方法。式中：Lλ为仪器常数；

λ为电子波长；

d为晶面间距，与r成反比。CompanyLogo6.1.4发光材料的应用

照明光源CompanyLogo

Hg白光玻璃壳磷光体料涂层185nm254nm

日光灯的构造示意图发光材料在照明领域的应用主要是荧光灯。荧光灯粉涂在玻璃管的内侧，被管中充满的低汞放电产生的紫外线激发而发出白光。CompanyLogo日光灯是磷光材料的最重要应用之一。激发源是汞放电产生的紫外光，磷光材料吸收这种紫外光，发出“白色光”。CompanyLogo

基质Ca5(PO4)3F中掺入Sb3+发蓝荧光，掺入Mn2+后发桔黄色光，两者都掺入发出近似白色光。用氯离子部分取代氟磷灰石中氟离子，可以改变发射光谱的波长分布，可以获得较佳的荧光颜色。CompanyLogo某些灯用磷光体

磷光体激活剂颜色Zn2SiO4Mn绿色Y2O3Eu红色CaMg(SiO3)2透辉石Tl蓝色CaSiO3

硅灰石Pb,Mn黄桔色(Sr,Zn)(PO4)2Sn桔色Ca(PO4)2•Ca(Cl,F)2Sn,Mn“白色”CompanyLogo荧光灯发出的光是一种冷光，这就使得荧光灯的发光效率大大提高，发光效率可达白炽灯的1000倍，其使用寿命为白炽灯的10-15倍。大功率紧凑型稀土三基色荧光灯的发光效率可达100lm/W。CompanyLogo目前商业用发光粉为稀土三基色荧光粉，应用较广泛的是：红粉为Y2O3:Eu，绿粉为CeMgAl11O19:Tb或(La,Ce,Tb)PO4，蓝粉为BaMgAl10O17:Eu。CompanyLogo目前三基色发光二极管红（AlGaAs）、蓝（InGaN)、绿（InGaN）均已产业化，在此基础上出现的白光发光二极管（WhiteLightEmittingDiode，简称白光LED）作为一种新型全固态照明光源，深受人们的重视。由于其具有节能、环保、小型化、长寿命，具有广阔的应用前景和潜在的市场，被视为21世纪的绿色照明光源。CompanyLogo但在LED领域由红、蓝、绿三基色LED制备的白光照明设备的成本比较高，因此由发光二极管作为激发光源在LED芯片上涂发光材料形成白光LED组合成为当前的一个发展方向。基于蓝光LED，通过黄色荧光粉激发出黄光，组合成为白光通过红、绿、蓝三种LED组合成为白光基于紫外光LED，通过三基色粉，组合成为白光CompanyLogo白光LED用荧光粉属于光致发光荧光粉。根据目前LED芯片的发展状况，LED荧光粉主要有两大类：一类是适合440-480范围内的蓝光激发的荧光粉，典型代表是YAG：Ce；另一类是适合360-410范围内的紫光和紫外光激发的荧光粉，这是当前研究的热点。日亚公司1994年首创用MOCVD制备了GaNLEDCompanyLogoLED（Light-EmittingDiode）光发射二极管CompanyLogoLED大屏幕显示CompanyLogoLED应用半导体白光照明车内照明、交通信号灯装饰灯大屏幕全彩色显示系统太阳能照明系统其他照明领域紫外、蓝光激光器高容量蓝光DVD、激光打印和显示、军事领域等CompanyLogoCompanyLogoLED车灯在上海大众途朗、安徽奇瑞瑞虎等7个新车型上使用CompanyLogo功率型LED制造的上海通用别克君威概念车灯，正在进行跑车试验CompanyLogo半导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一地区＼条件·效益

条件

能源节约

降低二氧化碳排放

美国

5％白炽灯及55％日光灯被白光LED取代

每年节省350亿美元电费。

每年减少7.55亿吨二氧化碳排放量。

日本

100％白炽灯被白光LED取代

可少建1-2座核电厂。

每年节省10亿公升以上的原油消耗。

台湾

25％白炽灯及100％日光灯被白光LED取代

节省110亿度电，约合1座核电厂发电量。

CompanyLogo美国半导体照明计划从2000年起国家投资5亿美元到2010年55%的白炽灯和荧光灯被半导体灯取代每年节电达350亿美元2015年形成每年500亿美元的半导体照明产业市场日本21世纪照明计划投入资金50亿日元到2007年30%的白炽灯被置换为半导体照明灯各国和地区政府计划CompanyLogo欧盟彩虹计划应用半导体照明实现：高效节能不使用有害环境的材料模拟自然光韩国“固态”照明计划2004年-2008年韩国政府计划投入1亿美元，企业提供30%配套资金；近期开始实施，预计2008年LED的发光效率达到80lm/WCompanyLogo我国台湾地区“次世代照明光源开发计划”“国家半导体照明工程”2003年6月启动：科技部、信息产业部等8个部门和16家地方政府参与；15家研究机构和50多家企业。CompanyLogo

我国有近百名专家（两院院士）联名向国务院呼吁，以三峡工程的5%费用，支持我国的半导体照明产业。国家启动国家半导体照明工程，用5-10年的时间的努力，1/3照明应用半导体照明，每年可以节约的电量1000亿度，多于一个三峡水电站的发电量（800亿度）中国专家的呼吁CompanyLogo

显示用发光材料CompanyLogo发光材料还广泛应用于各种显示器件中，如电视图像显示、计算机屏幕显示、电脑的字符和图形显示等。其中CRT荧光粉和彩色PDP使用的荧光粉是主要的显示发光材料。CompanyLogo

发光在探测中的应用高能粒子和电磁辐射线包括带电的α、β辐射和不带电的γ、X光以及中子（n）。吸收这些粒子激发能而发光的发光材料广泛应用于医学X射线影像探测，机场、车站旅客的行李物品的安全检查、工业的无损探伤检查、核医学成像等领域。CompanyLogo产业链分析-发光材料的产业链结构CompanyLogoLED荧光材料的市场规模分析

2015年至2020年期间，LED荧光材料市场的规模有望扩大到2倍以上。预测至2017年，LED荧光粉全球市场规模将达到27.7亿美元，考虑到LED荧光材料的价格明显下滑，估计销售额不会发生变化。追求高附加值，转向氮化物等氮化物荧光材料在过去20年里也经历了价格大幅下滑，但仍保持着比较高的利润率。CompanyLogoLED荧光材料的市场规模分析CompanyLogo中国稀土发光材料的市场分析最新咨询：2016年1月20日，科恒股份发布公告称，受稀土原材料价格下滑、公司产品价格下调、LED替代节能灯等影响，2015年公司稀土发光材料市场需求下降，营业收入下滑。CompanyLogo6.2.1.透明陶瓷材料概述

6.2.2.透明陶瓷的基本性质

6.2.3.透明陶瓷的制备工艺

6.2.4.透明红外陶瓷

6.2.5.透明激光陶瓷

6.2.6.透明闪烁陶瓷

6.2.7.透明装甲陶瓷6.2透明陶瓷材料CompanyLogo6.2.1透明陶瓷材料概述①透明陶瓷定义目前尚无确切的定义，有些学者曾经概括为无机粉末经过烧结成陶瓷后，有一定的透明度，当lmm厚的抛光材料放在有文字的纸上时，可透过它读出文字，其透光率大于40％，可称为透明陶瓷。CompanyLogo②透明陶瓷的产生透明陶瓷是在20世纪50年代末、60年代初发展起来的。1959年，美国GE公司的Coble博士将MgO、ZnO、NiO、La2O3等添加剂掺入高纯细散的Al2O3粉末中压制成型，并在氢气保护下或真空中烧结，研制出第一块透明氧化铝陶瓷——Lucalox，打破了人们长期以来认为陶瓷不透明的看法，也开辟了陶瓷新的应用领域。CompanyLogo③透明陶瓷的发展半个多世纪以来，透明陶瓷经历了飞速发展，到目前已经研制出了几十种透明陶瓷。CompanyLogo近50年来，美国、俄罗斯、日本、法国及中国等国家对透明陶瓷做了大量的研究工作，先后开发出Al2O3、CaO、Y2O3、MgO、TiO2、ZrO2、ThO2、Lu2O3、Sc2O3、Y3Al5O12(YAG)、MgAl2O4、AlON、AlN、ZnS、ZnSe、MgF2和CaF2等几十种透明陶瓷材料。

CompanyLogo④多晶透明陶瓷相对单晶有以下优点（1）易制造用提拉法制备单晶需要几周，但是制备陶瓷只需几天时间，而且陶瓷烧结温度通常都大大低于它的熔融温度。（2）费用低单晶需要在昂贵的铱（Ir）或铂（Pt）坩锅里生长，而陶瓷棒不需要坩锅，而且生长速度较快。一般单晶的费用随它的尺寸增加而成倍增加，而陶瓷不然。CompanyLogo（3）尺寸大单晶的生长方式限制了晶体的尺寸，因而就限制了潜在的输出功率。现在最大的单晶尺寸为23cm长，但现在制得的多晶陶瓷的长度已达到单晶的2倍。（4）大批量生产陶瓷激光棒适合流水线作业，减少了时间和费用，单晶却不然。CompanyLogo⑤透明陶瓷的的性能及应用

透明陶瓷材料不仅具有较好的透明性、耐腐蚀性，能在高温高压下工作,而且还有许多其他材料无可比拟的性能，如强度高、高绝缘、介电性能优良、电导率低、热导性好等。

CompanyLogo

利用透明陶瓷的高温耐腐蚀性，制备高压钠灯、铯灯、钾灯等新型灯具；利用高强度和红外性能，制作导弹头部的红外线整流罩；

CompanyLogo利用透光性、耐高温性制作电焊面罩及核试验中的人体保护罩；在军事工业中，透明陶瓷还可以用来制成透明防弹材料；在电子工业中，它被用来制造印刷线路的基板；在化学工业中，它用来替代不锈钢，具有很高耐磨蚀性能；在仪表工业上，它可代替贵重的红宝石，大大降低了成本；在日常生活中，它还可以用来制作高级餐具、器皿等。CompanyLogo透明陶瓷的应用红外窗口材料、透明技术、光学、激光器等领域，取得可喜的成果。CompanyLogoNd3+:YAG，Nd3+:Y2O3的最高输出功率可达1.46kW。GE、Hitachi、Siemens等公司以及一些研究单位开发出(Y,Gd)O:Eu,Pr(YGO)，Gd3Ga5O12:Cr,Ce(GGG)，Gd2O2S:Pr,Ce,F(GOS)等稀土氧化物陶瓷闪烁体，并成功地将它们应用于医学X-CT上。CompanyLogo透明陶瓷的分类透明陶瓷的特殊功能与先进陶瓷固有的一些特性，如耐高温、耐磨、耐腐蚀、高强度、高硬度等相结合，将为高技术和国防等领域提供十分重要的材料。CompanyLogo透明陶瓷的分类CompanyLogo相关企业及研究机构CompanyLogoCompanyLogo6.2.2.透明陶瓷的基本性质一般说来，陶瓷是典型的多晶材料，其中存在的大量气孔、晶界、第二相等缺陷，会造成光的散射和折射。陶瓷内光散射示意图CompanyLogo要使陶瓷材料具有透光性，综合起来应具备如下性质：（1）致密度高（理论密度的99.5％以上）；（2）晶界上不存在空隙，如有，其尺寸应比波长小；（3）晶界上无杂质及玻璃相，或晶界光学性质与微晶体之间差别很小；（4）晶粒小而且均匀，气孔率低；（5）晶体入射光的选择吸收很小；（6）无光学各向异性，晶体结构最好是立方晶系；（7）表面光洁度高。CompanyLogo影响透明陶瓷材料透明性的因素

普通陶瓷由于对光有很强的散射，因而是不透明的。大量的研究结果表明，对陶瓷这种透明性的影响主要有以下几个方面：

①制备因素的影响

②本征因素的影响

③环境温度的影响CompanyLogo①制备影响因素主要有：原料添加剂晶体结构晶界结构气孔率晶粒尺寸烧成制度表面加工光洁度CompanyLogo原料对原料粉体，要求其纯度高（99.5%以上）具有较高的烧结活性、颗粒尺寸小（小于1μm）且均一、颗粒最好呈球形、分散性好、无团聚、反应过程无凝聚，随着时间推移也不会出现新相，这样就能保证成型坯体密度均匀，同时保证在烧结时坯体在整个体积范围内均匀收缩，尽量排除气孔，使陶瓷达到高度透明、均质、单相且致密。CompanyLogo添加剂添加剂在透明陶瓷生产中起着举足轻重的作用，添加剂用量一般很少。原则上，所使用的添加剂应能均匀分布于材料中，即能完全溶解于主晶相而不以新的固相形式析出，不破坏系统的单相性，否则又会形成新的第二相散射。在后期热处理过程中，添加剂将集中在陶瓷原料粉颗粒表面，从而抑制晶体生长。CompanyLogo

近年来高透过率的透明陶瓷作为激光介质方面的应用成为全球的研究热点。然而这些陶瓷都局限于立方晶系，如YAG和Y2O3。对于非立方系的陶瓷，如Al2O3和AlN，其双折射是难以避免的，故其直线透过率较低（Al2O3~15%）。晶体结构非立方系陶瓷晶界的双折射现象

CompanyLogo晶界结构晶界上拥有第二相且光学性能与主晶相不同，破坏了陶瓷体的光学均匀性。入射光透过晶界，必然引起光的连续反射、折射，其透光率降低。规则的晶体排列则会为光线提供定向的光通路，减少晶界对光的折射。陶瓷内部微观结构示意图CompanyLogo气孔率从某种意义上来说，透明陶瓷生产的过程就是在烧结过程中从材料中排除显微气孔的过程。由于气孔具有不同于多晶基体光学性质的相界，从而造成入射光的强烈散射。研究报道，当闭口气孔率从0.25%上升到0.85%时，透光率就降低33%。所以提高陶瓷透明度，就是最大限度地降低成品中的残余气孔率。CompanyLogo

气孔从三个方面影响陶瓷的透光性：气孔的数量、气孔的种类以及气孔的尺寸。就气孔数量而言，许多文献都指出，总气孔率超过1%的氧化物陶瓷基本上是不透明的。RLcoble用抑制二次重结晶的方法，把氧化铝陶瓷内的微气孔排除到0.1%以下，从而使1mm厚的陶瓷片对可见光的总透光率达到90%以上。CompanyLogo

气孔按种类可分为晶界气孔和晶内气孔。晶体之间的气孔处于晶界面上容易排除，它可以随着晶界的移动而迁移，最终排出体外。晶体内部的气孔即使是小于微米级的也很难排除，而且在封闭气孔中还可能进入水蒸汽、氮气和碳等。因此，晶体内气孔对于获得透明陶瓷是最危险的。CompanyLogoCompanyLogo晶粒尺寸晶粒尺寸的大小和分布对陶瓷的透明性也有影响。若晶粒的直径与入射光的波长相同，晶粒对入射光散射最强，陶瓷透明度低；若晶粒直径小于入射光波长，则光线容易通过。CompanyLogo烧成制度烧成制度影响陶瓷材料的透明度,一般的陶瓷烧结温度更高才能排除气孔,达到透明化烧结。透明陶瓷和普通陶瓷不同，最后需经真空、氢气气氛或其它气氛中烧成。在真空或氢气气氛中，陶瓷烧结体的气孔被置换后很快的进行扩散,从而达到消除气孔的目的，使用这种烧结方法能达到陶瓷透明。CompanyLogo表面加工光洁度透明陶瓷的透光率受到表面加工光洁度的制约，烧后陶瓷的未处理面具有较大粗糙度，呈微小的凹凸状。光线入射到这种面上形成漫反射，其透明度较低。经研磨后陶瓷的透光率一般可以从40%-45%增加到50%-60%，经抛光后又可以增加到80%以上。为了获得理想透光率，通常要将陶瓷表面研磨和抛光到11-13级光洁度。CompanyLogo粗糙度增加的镜反射、漫反射能量图试样抛光前后的透光率CompanyLogo②本征因素的影响多数陶瓷材料属于电介质多晶体,这种多晶体一般有两个重要的共振区产生吸收光谱带。一是束缚电子跃迁产生的本征吸收带,如图所示,左侧的紫外截止波段,另一个是共振吸收带,是晶格振动带。透明材料的透过率与波长的关系CompanyLogo

在本征吸收带，非金属材料对于光子的吸收有如下3种机理：电子极化；电子受激发吸收光子而跃迁禁带；电子跃迁进入位于禁带中的杂质或缺陷能而吸收光子。当光子能量>E(禁带宽度)时，电子吸收光子从价带激发到导带上。CompanyLogo对于共振吸收带，如图1所示，可采用双原子振动模型来描述，质量分别为m、m，瞬时间距为r，谐振子的频率为：CompanyLogo

由式（2）中可以看出，原子的结合力越大，原子质量越小，则振动频率越高，红外截止波长越小，否则截止波长就越大。一般来说，材料的透波范围多数情况是包含可见光的范围，如果可见光不在这个透波范围，那么材料的本性已经决定在可见光范围内不能透明的。CompanyLogo③环境温度的影响

对于有些材料如半导体材料，如果环境温度升高到足够的程度，在导带中的热激发电子能够吸收较少的能量，从而在导带内进入更高的能态，使得电子在足够的温度下能够有更多的机率进入导带，这就使得紫外截至波段随着温度向长波长方向移动，即所谓的红移趋势。对于透明材料的红外截止波段，随着温度的升高而使原子能量增大，原子的振动频率增大，因而共振吸收截止频率增大，因此红外截止波长缩短，具有蓝移的趋势。CompanyLogo蓝宝石在不同温度下的透过率CompanyLogo6.2.3.透明陶瓷的制备工艺

透明陶瓷的制备从基本的工艺上看与普通陶瓷的制备并没有太大的区别，但是从具体的技术上看二者有着明显的不同。前者比后者对工艺上的要求要严格得多。透明陶瓷制备过程中最重要的步骤是粉体制备和烧结工艺，尽量减少造成光散射和吸收的因素，如气孔率、晶界、杂质等缺陷。CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo①粉体制备制备透明陶瓷原料粉有4个要求：（1）具有较高的纯度和分散性；（2）具有较高的烧结活性；（3）颗粒比较均匀并呈球形；（4）不凝聚，随时间的推移也不会出现新相。

粉体的制备工艺成为决定陶瓷透明性的重要因素！！！CompanyLogo②成型技术透明陶瓷成型可以采用各种方法：泥浆浇注、热塑泥浆压铸、挤压成型、干压成型以及等静压成型等。目前用得较多的是干压成型和等静压成型。CompanyLogo③烧结工艺

透明陶瓷的烧结方法最常用的是常压烧结，这种方法生产成本低，是最普通的烧结方法。除此之外，人们还采用不少特种烧结方法，如热压烧结气氛烧结微波烧结SPS放电等离子烧结真空烧结CompanyLogo

现代战争中，为了防备敌人采取各种红外、电子对抗措施来干扰导弹制导，往往采用复合制导的新技术，如采用“红外-雷达”，“红外-激光”等复合制导方式，可大大提高一次命中率，这种导弹上用的既透红外又透微波或激光的头罩材料就是用的红外陶瓷。ff导弹头罩窗口导弹头罩窗口材料：蓝宝石金刚石ZnS/金刚石导弹的眼睛6.2.4.透明红外陶瓷Long-rangemissileEyesofmissile-WindowsmaterialsCompanyLogo

红外陶瓷既具有制造容易、廉价、易于获得大尺寸等优点，同时又具备光学晶体的透过波段大、透过率高、熔点和使用温度高等特点，被广泛应用于红外窗口材料。常用的红外陶瓷有ZnS、ZnSe、CaF2、MgF2、MgO、Al2O3、Y2O3、ZrO2、ThO2等。CompanyLogoZnS透明红外陶瓷

ZnS是从20世纪60年代发展起来的红外窗口材料，目前已经相当成熟。从光学、热学和机械性能来看，ZnS是8～12μm红外波段飞行窗口非常合适的材料，但是ZnS的硬度低，抗雨蚀能力较差。CompanyLogo

MgO透明陶瓷

MgO透明陶瓷是光学各向同性体，具有很好的透红外性，因此可用于制作高温炉窗口红外探测器罩，同时，也可利用它所具有的高耐碱性来制作坩锅与反应容器等。CompanyLogoAl2O3透明陶瓷Al2O3透明陶瓷材料是超硬材料之一，在1980℃之内的强度保持不变，同时具有硬度高、耐磨性极佳、高温强度大、电绝缘性好、热导率高、线膨胀系数小等优点，可以用作熔制特种玻璃的坩埚、红外检测窗材料、高压钠灯管、集成电路基片、高频绝缘材料、高温耐腐蚀材料等。CompanyLogo具有光学各向同性的特性，光学性能类似于蓝宝石单晶、石英玻璃，对紫外、可见光到中红外光波段具有良好的透过率，这种材料可以具有高的透明度（80％～87％）。透明尖晶石陶瓷透过率曲线透明镁铝尖晶石(MgAl2O4)陶瓷CompanyLogo应用领域●窗口材料：压力容器观察窗、潜艇坦克观察窗、导弹头罩●基片材料：投影电视发光基片●光学窗口：透镜、棱镜●各种透明阀座、高温或腐蚀液体管道喷嘴●高压气体放电灯管壳、各种高压弧光灯灯管●防护窗口：坦克窗口、士兵的防护面罩、各种护目镜片●高档手表、精密仪表的壳体●医用手术刀具CompanyLogo应用进展60年代初由美国GE公司首先研制，但制备的尖晶石光学性能较差、机械强度较低，难以满足导弹的应用要求。70年代末期，美国军方率先展开热压尖晶石的研究，其实验结果表明热压尖晶石的光学、机械和热学等性能都明显优于其它红外窗口材料，因而被认为是具有很大应用潜力的新一代窗口材料。CompanyLogo

80年代初，美国的CoorsPorcelain公司和Raytheon公司在美国国防部的大力支持下，成功地制备出性能较为完善的热压尖晶石多晶材料。美国军方随即进行了热压尖晶石整流罩的研制工作，并且很快应用于红外战术导弹系统。随后，俄罗斯、英国、法国、日本等国也加强了对这种材料的研制，并陆续用于多种武器系统，对提高武器装备性能起到了重要作用。CompanyLogo

90年代初，由AlphaOpticalSystems公司采用热压/热等静压技术制备技术制备的尖晶石整流罩已经应用于美国四军通用的STINGER-POST导弹，其壁厚约2.5mm，直径可达200mm。1998年美国陆军实验室（ARL）和TA&T研制具有低成本、最好光学质量和更大尺寸的尖晶石材料以应用于透明装甲和红外窗口。CompanyLogo

Y2O3透明陶瓷Y2O3透明陶瓷最早由美国通用电器公司在1969年制成的,名字叫“Yttralox”。Y2O3具有优良的耐热、耐腐蚀和高温稳定性，透光性好，是一种优良的高温红外材料和电子材料。耐热的透明陶瓷CompanyLogoY2O3透明陶瓷的主要性能如下：熔融温度2400℃，密度5.3g/cm3，抗弯强度140MPa，弹性模量176MPa，透光率大于80%（波长=0.3-7μm，1mm厚。CompanyLogo应用领域

Y2O3透明陶瓷透明性好，即使在远红外区仍有约80%的直线透过率，主要应用于红外导弹的窗口、红外透镜及其它高温窗等方面。由于高耐火度，它可作高温炉观察窗以及高温条件应用的透镜。掺Yb或Nd的Y2O3基透明陶瓷，可用作在1.064μm波长的固体激光器基质材料。CompanyLogo应用进展国外，称为“Yttralox”的氧化钇透明陶瓷首先是由美国通用电气公司在20世纪70年代首先研制成功的。GE公司就含摩尔分数2%-15%ThO2，HfO2，ZrO2添加剂的Y2O3多晶透明陶瓷申请了专利。美国还获得了稀土元素氧化物和Y2O3基透明陶瓷材料的生产专利权。CompanyLogo美国Creskovich和Woods研究了一种含10%ThO2和1%Nd2O3添加剂的Y2O3多晶透明陶瓷生产工艺，在此基础上又进行了更全面的研究和改进取得了激光陶瓷的生产专利权。俄罗斯门捷列夫化学工业大学研制了含HfO2和ZrO2添加剂的高度透明Y2O3陶瓷。CompanyLogo国内，一些学者对Y2O3透明陶瓷用粉体制备及其掺杂Yb元素的透明Y2O3陶瓷的研究。尽管上海硅酸盐研究所制备的1mm厚不同稀土离子掺杂的Y2O3透明陶瓷在可见光区透过率已达到80%，但迄今为止尚未实现激光输出。CompanyLogo6.2.5.透明激光陶瓷

自1960年红宝石晶体激光器问世以来，固体激光器一直是最重要的研究和开发应用对象。固体激光器主要以晶体和玻璃材料为工作物质，就综合性能而言，掺钕钇铝石榴石Nd:Y3Al5O12(Nd:YAG)单晶仍然是性能最好、产量最大、用途最广的激光基质材料。但提拉法生长单晶由于其生长周期长、价格昂贵、尺寸小及掺杂浓度低，使其性能和应用范围受到限制。CompanyLogoYAG（yttriumaluminumgarnet）的化学式为Y3Al5O12，是由Y2O3与Al2O3反应生成的一种复杂氧化物，属立方晶系，具有石榴石结构。YAG晶体对可见光和红外光有良好的透光性，并且具有熔点高（1930℃）、强度大、热导率高、物理化学性能稳定等特点，无论作为功能材料，还是作为结构材料均显示出极佳的应用前景。在光学领域，YAG是非常优秀的激光基质材料，掺入Nd、Er、Ho、Tm、Cr等稀土或过渡金属离子的YAG单晶都是性能优良的激光晶体。CompanyLogo世界上最大的尺寸为10cm×10cm×2cm的Nd:YAG透明激光陶瓷片CompanyLogo最近十几年，激光透明陶瓷的研究，主要是对Nd：YAG的研究。世界范围的研究组织进行了大量的透明激光陶瓷的研究工作，它们分别是：日本精细陶瓷中心、日本分子科学所激光研究中心和罗马尼亚原子物理研究所固体量子电子学实验室等单位；日本电气通信大学激光科学研究所、俄罗斯科学院晶体所晶体激光物理实验室和日本神岛化学公司等单位。日本的YAG和Y2O3

等透明激光陶瓷已经实现了部分产业化，而国内对这方面的研究才刚刚起步。CompanyLogo目前，主要的研究单位有上海大学材料学院电子信息材料系、东北大学材料与冶金学院、山东大学晶体材料研究所、中科院上海硅酸盐研究所和北京人工晶体所等。中国科学院上海硅酸盐研究所经过近6年的相关研究与大量实验、测试，成功制备了高质量的Nd：YAG透明陶瓷，在国内首次实现了Nd：YAG透明陶瓷的激光输出，成为继日本等发达国家之后少数几个报道掌握Nd：YAG透明陶瓷的制备工艺并成功实现激光输出的国家。