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透明陶瓷，又稱光學陶瓷，顧名思義就是運用特殊工藝燒結制備出的能夠透光的陶瓷，行業內一般會把直線透過率10%作為透明陶瓷與半透明陶瓷的分界線。
既然是陶瓷，那么透明陶瓷自然也具備陶瓷固有的耐高溫、耐腐蝕、高絕緣、高強度等特性，因此可應用于條件極度嚴苛的環境或是工程設計當中，如國防工業、特殊工業設備等；同時又因為透光，還擁有類似玻璃的光學性能，在照明技術、光學技術、特種儀器制造、無線電子學、信息探測、高溫技術以及軍事工業等領域應用前景廣闊。
不僅性能優，就連顏值也高的透明陶瓷（來源：konoshima）
目前，透明陶瓷在未來技術發展上的潛力已受到廣泛認可，下面將對幾種透明陶瓷及其應用作具體介紹。
一、透明陶瓷為什么能透光？
早在1930年，科學家們就已經開始進行對透明陶瓷的研究，并在1957年時，由美國General Electric Company的陶瓷專家R. L. Coble與他的團隊制備出第一塊透明氧化鋁陶瓷。這個團隊發現，他們所制備出的透明氧化鋁樣品于儀器分析下并沒有發現任何微氣孔，就推測陶瓷透明度可能與微氣孔存在有很大的關系——事實也確實如此。
作為一種多晶無機材料，陶瓷一般是由晶粒、晶界、氣孔等組成。一般而言，多晶陶瓷的不透明性是由非等軸（立方）晶系晶粒在排列取向上的隨機性導致晶粒間折射系數不連續，以及晶界效應及氣孔等因素引起的散射等原因所致。因此要成功制備透明陶瓷，除了氣孔結構因素外，材料本身的純度以及晶體結構也是影響的關鍵要因。
多晶陶瓷內部影響光的散射主要因素示意圖
所以在實際生產過程中，高純超細的原料、盡可能少的添加劑和工藝上的嚴格控制都是必不可少的，其中工藝的控制主要是為了將陶瓷材料中的氣孔和雜質充分排除，并適當控制陶瓷材料的晶粒尺寸，使制品接近于理論密度。如此一來，就能避免入射光在透明陶瓷表面反射、內部的吸收和散射，從而制備出透明陶瓷。
二、透明陶瓷的分類和用途
透明陶瓷種類很多，由于晶體結構的差異它們會具有不同的特殊性能，可以滿足不同應用領域的需求，因此一般會按功能和用途進行分類。例如AlON透明陶瓷具有優異的抗沖擊性能，在透明裝甲等軍事領域備受青睞。
1、透明激光陶瓷
從上世紀60年代以來，固體激光器得到快速發展，因而激光材料的研究受到廣泛關注。其中透明陶瓷材料因具有燒結溫度低、摻雜濃度高且方便調節、制備周期短、生產成本相對較低及易于制備多層結構等多種優點而備受關注。
1966年，E.Carnall等人2用熱壓燒結工藝研制出激光閾值與單晶相接近的Dy:CaF2陶瓷。1973年，C.Greskovich等用Y2O3、ThO2、Nd2O3作為原料合成出能發出激光的立方體固溶相NDY陶瓷，但激光閾值強度仍低于市面上最好的摻Nd玻璃。1995年，日本A.Ikesue博士等以高純粉體為原料，在1750℃高溫真空燒結成型好的素坯，成功研制出含0.3-4.8at%的Nd2O3的YAG陶瓷，其激光性能比利用直拉法制備的YAG單晶的激光效率還要高，實現了透明激光陶瓷的重要突破。國內則于2006年5月由中國科學院上海硅酸鹽研究所科研人員首次實現了1.0at%Nd:YAG透明陶瓷的激光輸出。
激光陶瓷
總而言之，在研究人員的努力下，通過改進燒結工藝和燒結設備，近年來激光透明陶瓷的激光效率不斷提高，更被業界認為有望取代晶體的地位，成為應用最廣泛的激光材料之一。理由如下：
①陶瓷的制備時間短，燒結裝置無需貴金屬材料，燒結無需在高純保護性氣氛下進行，制備成本低；
②陶瓷可以制備成多種形狀，制備大尺寸的陶瓷是其制備方法固有的優勢；
③陶瓷中摻雜粒子濃度高，從整體上看摻雜粒子的分布均勻；
④陶瓷燒結的溫度比晶體的熔點低許多，制備出的陶瓷其組份偏離小；
⑤陶瓷能夠做成不同形狀或者多層材料進行燒結，有可能發展出多功能陶瓷。
固體激光在激光武器、激光核聚變點火、激光切割、激光熔覆等領域的應用（來源：中科院上硅所官網）
2、透明閃爍陶瓷
閃爍材料是一種能將入射在其上的高能射線（X/γ射線）或粒子轉換為紫外或可見光的晶態能量轉換體，廣泛應用在高能物理與核物理實驗、影像核醫學（簡稱CT和PET）、工業CT在線檢測、油井勘探、安全稽查及反恐應用等。能夠把帶有高能量的射線轉化為可見光的透明陶瓷，就被稱為“透明閃爍陶瓷”。
閃爍材料在核醫學成像、工業無損檢測、高能物理粒子探測和機場安檢等領域的應用（來源：中科院）
近年來隨著影像核醫學醫療設備的發展和及和高能物理與核物理實驗需求的提高，對閃爍體的要求也越來越高：大的有效原子序數（有利于高能射線吸收）、更高的光輸出（提高信號強度）、更快的衰減（可以實時成像，減少干擾）、更高的能量分辨率（提高成像精度）。而透明閃爍陶瓷由于具有可在較寬范圍內摻雜，所需成本可控、易于制備大尺寸等諸多優點，因此應用潛力巨大，目前在醫學儀器領域、油井檢測、反恐等領域都有所應用，而且已經開發出GOS、GGG等不同的陶瓷閃爍體材料。
3、透明裝甲陶瓷
透明裝甲主要應用在坦克、武裝直升機、防彈窗口等軍事領域。目前應用較廣的裝甲材料主要是有單晶、抗彈玻璃和透明陶瓷。在這些材料中，透明陶瓷材料縣備光學質量高、硬度大、耐刮利擦、耐高溫等優點，適合在戰爭等極端環境中應用，因此成了軍隊裝甲材料的首選。
法國武器裝備總局（DGA）與先進陶瓷企業SOLCERA在“SPINELLE”（尖晶石）項目中共同開發的新型透明陶瓷裝甲窗
在眾多透明陶瓷材料中，常作為裝甲材料的主要是MgAl2O4和AlON透明陶瓷。在實際大范圍應用中，為了減輕坦克等攜帶的裝甲的重量以及出自減少成本的考慮，經常會將透明陶瓷和其它透明材料復合搭配使用，能夠達到軍事用抗沖擊的等級要求，如下圖中的這種結構。
新型透明防彈裝甲結構示意圖
可看出，透明防彈裝甲由三個功能層組成：
①迎彈面層：通常由玻璃、玻璃陶瓷或透明陶瓷制成，用于使彈丸鈍化、損傷、碎裂；
②中間層：由玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）構成，用于能量吸收、止裂、緩解熱膨脹錯配；
③背彈面層：通常選擇聚碳酸酯（PC），用于防碎片飛濺。
其中，迎彈面是整個透明防彈裝甲系統的核心。此外還有各層之間的黏結層（用于連接系統并提供多次撞擊阻力）。
4、紅外透明陶瓷
為了應對未來戰場錯綜復雜的情況，軍用紅外光電系統需要能夠滿足不同嚴苛要求，其中紅外窗口和紅外整流罩是保護光電系統的重要部件。由于導彈攻擊速率在不斷提升，造成導彈前端位置與空氣摩擦產生的載荷也劇烈增加，因此紅外窗口和紅外整流罩要具備高透過率、力學性能好、熱導率高、抗熱震性強、耐腐蝕等優點。在不同紅外波段應用的材料種類也是不一樣的，目前已經開發出的中波紅外材料主要有MgF2、MgAl2O4、AlON和Y2O3透明陶瓷和藍寶石單晶等；長波紅外透明材料主要是ZnS、ZnSe、CdTe等透明陶瓷。
透明鎂鋁酸尖晶石陶瓷（來源：laserfocusworld）
比如說上圖中由美國海軍研究實驗室(NRL)開發的用于高能激光(HEL)系統的透明鎂鋁酸尖晶石(MgAl2O4)陶瓷，在不改變傳輸參數的情況下，它可以承受時速600英里的雨滴和時速460英里的沙粒的沖擊。因此作為窗口和圓頂材料，可以很好地保護從紫外到中紅外到5μm的傳感器，優異的低吸收損耗（6ppm /cm）使它能最大限度地減少在HEL系統中作為光路畸變測量的光束畸變和輸出功率損失。
資料來源：
AlON透明陶瓷的光學性能優化研究，李建民。
陶瓷基透明防彈裝甲研究進展，劉家希，石曉東，姜良寶等。
Transparent ceramic suits high-energy laser systems(Gail Overton)
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