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正如視頻報道中，張教授主要研究從透明電光陶瓷原材料粉體制備、成型、燒結(jié)到性能測試、微結(jié)構(gòu)研究和應(yīng)用效果演示等，即為光通訊領(lǐng)域核心器件的關(guān)鍵材料。青島大學(xué)地處美國Union Process青島工廠大本營，早在十幾年前建廠初期就已經(jīng)開始了密切聯(lián)系與合作，為其提供了廣受各大科研院所和高校好評的01HDDM（實(shí)驗(yàn)型立式砂磨機(jī)）和1S（干濕兩用立式攪拌磨）等設(shè)備，物理學(xué)院就有2臺01HDDM做著不同方向的研究。

張教授：光通訊概念很寬泛，人和人之間的交流都是依靠信息的傳輸。現(xiàn)在手機(jī)的信息傳輸依托于一個很龐大的光通訊網(wǎng)絡(luò)。目前信息傳輸主流仍是光纖通訊，而十幾二十年前還是電纜。

為何使用光纖呢？第一是因?yàn)楣鈴奈锢斫嵌葋碚f是傳輸速度最快的。第二是因?yàn)楣饫w帶寬高，同樣一根光纖它所能傳輸?shù)男畔⒘恳入娎|多幾百萬倍甚至上億倍。光纖有速度快、容量大、損耗低的優(yōu)點(diǎn)。所以光通訊是目前最主要的通訊方式，它的發(fā)展速度已經(jīng)超越了電的發(fā)展速度，光通訊的摩爾定律比集成電路的還要短，幾個月就要翻一倍，國家正在考慮建設(shè)全光網(wǎng)絡(luò)。

電光材料也就是透明陶瓷，上世紀(jì)八九十年代開始應(yīng)用在光學(xué)儀器中，由美國賓州州立大學(xué)率先制備出來。國內(nèi)當(dāng)時受限于制備技術(shù)水平、工藝和儀器設(shè)備，大部分的陶瓷是不透明的，而賓州州立大學(xué)做成的半成品性能還不錯，當(dāng)時已能做到透明。隨著技術(shù)水平的進(jìn)步和儀器設(shè)備的升級，從2009年開始到現(xiàn)在已有十幾年，現(xiàn)在我們也可以做出來。

透明陶瓷不僅在光通訊領(lǐng)域有所應(yīng)用，還在高性能的電光調(diào)節(jié)器、熵共振、量子光學(xué)器件提供關(guān)鍵材料。還有醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，像醫(yī)院的超聲成像、B超的探頭核心材料都是透明陶瓷。陶瓷的壓電性能，包括超聲聲吶、水下?lián)Q能等，做成透明之后又有了電光性能，既有壓電性能又有光學(xué)性能，它就有了復(fù)合效應(yīng)，也就有了更廣闊的市場。

張教授：透明陶瓷首先從結(jié)構(gòu)上來說，它是由粉壓制在一起高溫?zé)瞥鰜淼?，每一個粉都是一個顆粒，每兩個顆粒放在一起都有一個界面，叫做晶體晶界。如果是均一的物體光通過時不會受影響，而光通過好多個界面，界面對光就會有散射。陶瓷燒制有1%的氣孔，陶瓷都不會透明，透明陶瓷需要將氣孔降到千分之一甚至萬分之一，控制氣孔就是難點(diǎn)之一。

第二是不能有雜質(zhì)，原材料要純，制備過程不能引入雜質(zhì)。不同組份兩種物象混在一起就會有一個像界面，又會對光有散射。材料是單折射還是雙折射的晶體，雙折射晶體光通過后會分成兩股，透過率就會很低。還有晶粒的大小也會產(chǎn)生影響。所以透明陶瓷的影響因素特別的多，就特別依賴制備技術(shù)和制備設(shè)備。因?yàn)檎麄€過程有十幾道工藝，一旦出現(xiàn)問題就很容易出現(xiàn)不透明的情況。

在原材料方面，高純度的原材料成本高，99.9%和99.99%純度的原料價格差很多。在制備環(huán)境方面，因?yàn)槭情_放性環(huán)境，空氣中的灰塵落入不可避免，在球磨的過程中磨球碎屑脫落也不可避免，這就需要進(jìn)行工藝的改進(jìn)。另一個問題是如果做好了，后期要產(chǎn)業(yè)化的時候，從實(shí)驗(yàn)室小批量生產(chǎn)到中批量再到大批量，工藝的移植又不一樣了。實(shí)驗(yàn)室是小批量的，但是工廠是流水線式的，要求這邊進(jìn)料那邊出料，怎么樣能保證產(chǎn)出是一樣的，需要重新去嘗試，都需要去探索。

張教授：陶瓷材料制備一般三大步，第一步做粉：氧化鎂、氧化鉛、氧化鈦等原料，用立式攪拌磨球磨混勻，在此過程中將它打碎，再進(jìn)行高溫?zé)频玫叫枰奈锵?。第二步壓片：用壓片機(jī)壓成小片。第三步燒結(jié)：燒結(jié)工藝十分講究，燒結(jié)之后需要進(jìn)行切割、測性能、做機(jī)驗(yàn)等。

粉體制備常規(guī)工藝試過化學(xué)法，如固相反應(yīng)、水熱反應(yīng)等，化學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)是粉體比較細(xì)，但粉體容易團(tuán)聚，產(chǎn)量也是一個問題。實(shí)驗(yàn)室采用傳統(tǒng)球磨方式，球磨又分行星球磨和立式攪拌球磨。立式攪拌球磨優(yōu)點(diǎn)是能量輸入高、速度快、出料粒徑小等。節(jié)省了實(shí)驗(yàn)周期，行星球磨一般需要一天，而立式攪拌球磨只需要一個小時，且轉(zhuǎn)速高，粉體粒徑即可達(dá)到要求，縮短整個周期，均勻性亦有保證。

雖然陶瓷最后是燒結(jié)出來的，但是第一步做不好，后面都做不好。在這三大步里，每一個步驟都包含十幾個細(xì)節(jié)，每一個細(xì)節(jié)都會影響陶瓷是否透明。因此需要從粉體制備開始一直跟蹤，從形貌、粒度、分布等方面嚴(yán)格要求。粉體需要一個適合的粒徑范圍，太大和太小都不好。一般做粉體的公司都會對粉體的形貌進(jìn)行控制，球磨容易將粉體形貌打壞。我們粉體制備使用的是美國Union Process品牌立式攪拌磨，2013年使用的第一臺，8年了效果還是非常的好，設(shè)備穩(wěn)定，重復(fù)性和可靠性比較高，我們一直在用。

張教授：干法制備過程中會有粉塵的溢出，而陶瓷材料中有鉛的成分，吸入之后對人體是有害的，所以并沒有進(jìn)行干法工藝探索。

如果干法可行將解決我們很大一部分問題。目前濕法研磨后我們需要進(jìn)行沖洗球料分離，然后進(jìn)行烘干，但是烘干過程有個問題，由于原料密度不同，在沉降過程中沉降的速度有快有慢，沉降之后原料又不均勻，如果干法能夠成功。我們的工藝能更簡化。美國UnionProcess立式攪拌磨可以干濕兩用，之后我們可以共同研究開發(fā)不同粉體制備的干法工藝，目前國內(nèi)干法工藝還有很大進(jìn)步空間。

以上是關(guān)于透明陶瓷材料、行業(yè)和設(shè)備以及工藝探討的主要幾個問題和回答摘要，在交流的整個過程中，深刻體會到張教授潛心研究的那份執(zhí)著與熱愛，每每談到材料基礎(chǔ)研究時，是能看到眼里發(fā)的光，正是這從內(nèi)心發(fā)出的光，照亮新材料發(fā)展前進(jìn)的道路，美國UnionProcess青島工廠——青島聯(lián)瑞精密機(jī)械有限公司邀請青島、山東乃至全國各地的材料專家蒞臨指導(dǎo)，共同探索。