透明セラミックの重要な特性の 1 つは透過率です。光が媒体を通過すると、媒体の吸収、表面反射、散乱、屈折により光の損失と強度の減衰が発生します。これらの減衰は、材料の基本的な化学組成だけでなく、材料の微細構造にも依存します。セラミックスの透過率に影響を与える要因を以下に紹介します。
1.セラミックスの気孔率
透明セラミックスの作製は、焼結工程における微細孔の緻密化を完全に除去することが本質的です。材料内の細孔のサイズ、数、種類は、セラミック材料の透明性に大きな影響を与えます。気孔率のわずかな変化により、材料の透過率が大きく変化する可能性があります。たとえば、セラミックの密閉気孔率が 0.25% から 0.85% に変化すると、透明度が 33% 低下することが研究で示されています。これは特定の状況の結果である可能性がありますが、セラミックの透明性に対する気孔率の影響が直接的かつ暴力的に現れることがある程度わかります。他の研究データによると、気孔容積が 3% の場合、透過率は 0.01%、気孔容積が 0.3% の場合、透過率は 10% になります。したがって、透明セラミックは密度を高め、通常 99.9% 以上である気孔率を下げる必要があります。気孔率に加えて、気孔の直径もセラミックスの透過率に大きな影響を与えます。下図に示すように、気孔の直径が入射光の波長と等しい場合、透過率が最も低くなることがわかります。
2. 粒度
セラミック多結晶の粒径も透明セラミックの透過率に大きく影響します。入射光の波長と粒子径が等しい場合、光の散乱効果が最も大きく、透過率が最も低くなります。したがって、透明セラミックスの透過率を向上させるには、入射光の波長範囲外で粒子サイズを制御する必要があります。
3. 粒界構造
粒界は、セラミックスの光学的均一性を破壊し、光の散乱を引き起こし、材料の透過率を低下させる重要な要因の 1 つです。セラミック材料の相組成は通常 2 つ以上の相で構成されているため、境界面で光が散乱しやすくなります。材料の組成差が大きいほど、屈折率の差が大きくなり、セラミックス全体の透過率が低くなります。そのため、透明セラミックスの粒界領域は薄く、光の整合性が良く、気孔がない必要があります。 、インクルージョン、転位など。等方性結晶を備えたセラミック材料は、ガラスと同様の直線透過率を実現できます。
4. 表面仕上げ
透明セラミックスの透過率は表面粗さにも影響されます。セラミック表面の粗さは、原材料の細かさだけでなく、セラミック表面の加工仕上げにも関係します。未処理のセラミックスは焼結後の表面粗さが大きくなり、光が入射すると乱反射が起こり光のロスが発生します。表面の粗さが大きいほど透過率は悪くなります。
セラミックスの表面粗さは原料の細かさに関係します。粉末度の高い原料を選択することに加えて、セラミックスの表面を研削および研磨する必要があります。アルミナ透明セラミックスの透過率は研削・研磨により大幅に向上します。研削後のアルミナ透明セラミックの透過率は、一般に 40% ～ 45% から 50% ～ 60% に増加し、研磨は 80% 以上に達する場合もあります。
投稿日時: 2019 年 11 月 18 日