□ 本報記者 謝詩涵
陶瓷，大家都不陌生，但有多少人看過如玻璃般透明的陶瓷？日前，記者走進江蘇師範大學江蘇省先進雷射技術與新興產業協同創新中心產業化基地——江蘇錫沂高新材料產業技術研究院，不同應用場景的新型透明陶瓷令人大開眼界。 「這是透明陶瓷複合裝甲，別看它很輕薄，但強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，可以應用於薄片螢光陶瓷、智能終端保護外屏等。
透明陶瓷是「光」功能和陶瓷載體的美妙結合。回顧其60餘年發展歷程，從最初的「半透明」到現在的完全透明，其材料體系、製備手段日趨豐富，材料光學性能大幅提升。作為新一代光功能材料，透明陶瓷在固體雷射、防護裝甲、固態照明等關鍵領域具有極大應用潛力。
「陶瓷變透明需要滿足3個極為嚴苛的條件，第一是不能有任何雜質，第二是不能有任何氣孔，第三是陶瓷內部需要保證絕對均勻。」張樂拿起桌上的一隻陶瓷茶杯介紹，傳統的陶瓷製品，其內部實際上很粗糙，有很多氣孔。既然變透明這麼難，為什麼還要迎難而上？因為相較於玻璃，透明陶瓷優勢明顯。 「首先，陶瓷的熱導率高達玻璃的5倍及以上。光透過介質，不可避免會產生損耗，這種損耗會轉化成熱，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熱。
球磨、乾燥、脫脂排膠、真空燒結、退火…每一件透明陶瓷產品都需要經過5—8次的高溫燒結，每一次燒結往往需要十幾個小時，這其中任何一步出現問題都會導致產品整個報廢。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技術(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，江蘇師範大學開始佈置相關技術研發，嘗試開發基於多維度極限尺寸(高長徑比、超薄、大尺寸)幾何構型的透明陶瓷產品。
「針對不同的應用場景，透明陶瓷有不同的形態，但每種形態都必須考慮到光電轉化過程中散熱等核心問題，無疑給技術研發增加了很大難度。」經過不懈努力，團隊最後攻克了凝膠注模、水基流延、擠出成型、噴霧造粒這4項透明陶瓷高品質成型關鍵技術，為多維度極限尺寸透明陶瓷的精密成型與創新應用提供了系統解決方案。目前相關技術及產品分別在風華高科、格利爾等12家企業推廣應用，近兩年銷售額近19億元。
以前想要製備一塊高品質的雷射陶瓷，必須使用日本或法國的原料、德國的設備和美國的熱等靜壓機等，甚至連使用的球磨都需要從國外進口。為解決原料及生產設備「卡脖子」難題，2019年10月，張樂帶領團隊與省內多家企業深度合作，共同攻關。 「如何在保證高純度原料的情況下，提升粉料的燒結活性？如何保證燒結熱場均勻？這些既是難點，也是我們不斷'死磕'的重點。」經過4年多技術攻關，團隊最終在透明陶瓷生產所需的核心原料和關鍵裝備等方面基本上實現國產化。
在透明陶瓷原料中加入不同的稀土元素，可應用於不同的場景。 「加入釹離子，可以製作透明雷射陶瓷；加入鈰離子，可以製作效率更高、熱穩定性更好的螢光陶瓷。」研究院高技術陶瓷專案小組負責人邵岑舉例說，現在汽車上使用的LED頭燈，核心光轉換材料多為樹脂基材料，背後需要大量的散熱系統。但如果換成陶瓷基的雷射照明光源，即便長時間工作產生大量熱量，在近2000攝氏度高溫下燒製而成的陶瓷也不會出現發黑、炸裂等問題。正因於此，部分高階汽車的雷射頭燈、高功率的雷射顯示等目前已開始使用螢光陶瓷材料。
「今年起產品訂單量大幅提升，這給了我們極大的信心和更多的期待。」張樂表示，除了繼續擴大民用領域市場份額，團隊下一步將聚焦國家重大工程，開展空天雷射陶瓷、儲能蓄光陶瓷等產品研發。
