材料的光学性能

关于材料的光学性能§5．1光通过介质的现象一.折射

1．折射率的定义

1）定义光是具有一定波长的电磁波，光的折射可理解为光在介质中传播速度的降低而产生的（以真空中的光速为基础）。

当光从真空进入较致密的材料时,其速度是降低的。

折射率定义为：光在真空和材料中的速度之比。即：n=v真空/v材料=c/v材料

1第2页,共49页，2024年2月25日，星期天2）绝对折射率与相对折射率

（1）绝对折射率

材料相对于真空中的折射率称为绝对折射率。

一般将真空中的折射率定为1。（2）相对折射率

材料相对于空气的折射率称为相对折射率：n′=va/v材料

（3）绝对折射率与相对折射率的关系

∵n=c/v材料

则

v材料=c/n

又∵空气的绝对折射率为：na=c/va，则va=c/na

∴

因此，n=na·n′=1.00023n′2第3页,共49页，2024年2月25日，星期天2．两种材料间的相对折射率

如果光从材料1，通过界面传入材料2时，与界面法向所形成的入射角i1、折射角i2与两种材料的折射率n1和n2现有下述关系：

式中：v1及v2分别表示光在材料l及2中的传播速度，n21为材料2相对于材料l的相对折射率。

3．影响折射率的因素1）构成材料元素的离子半径（1）折射率n与极化率的关系由于光是一种电磁波，所以根据马克斯威尔电磁波理论，光在介质中的传播速度应为：

式中：c为真空中的光速，ε为介质的介电常数，μ为介质的导磁率。

3第4页,共49页，2024年2月25日，星期天根据(4．1)式和(4．3)式可得:由于在无机材料这样的电介质中，μ=1，ε≠l∴

（4.5）（2）极化率与离子半径的关系当光通过材料时，必然引起内部质点的极化（变形），在可见光范围内，这种变化表现为离子或核外电子云的变形，而且，随着光波电场的交变，电子云也反复来回变形。如下图:4(4.4)当离子半径增大时，其ε增大，因而n也随之增大

第5页,共49页，2024年2月25日，星期天

2）材料的结构、晶型和非晶态

（1）均质介质如非晶态(无定型体)和立方晶体材料，当光通过时，光速不因传播方向改变而变化，材料只有一个折射率。

（2）非均匀介质光进入非均质介质时，一般会产生双折射现象。

双折射：当一束光通过一个介质时，分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折射光线的现象。①常光折射率n0

上述两条折射光线中，平行于入射面的光线的折射率称为常光折射率。特性：不论入射光的入射角如何变化，n0始终为一常数，因而常光折射率严格服从折射定律。②非常光折射率ne

与入射面垂直的光线的折射率，称为非常光折射率。非常光折射率的特性：它不遵守折射定律，随入射光的方向而变化。5第6页,共49页，2024年2月25日，星期天

3）材料所受的内应力

有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的n大，平行于受拉主应力方向的n小。因此产生双折射。测定材料中内应力的大小，常采用测定双折射的光程差的大小。

4）同质异构体以SiO2为例①石英晶体常温下的石英晶体，n=1.55，数值最大；高温时的鳞石英，n=1.47；方石英，n=l.49。②石英玻璃常温下的石英玻璃，n=1.46，数值最小。至于普通钠钙硅酸盐玻璃，n=1.51，比石英的折射率小。提高玻璃折射率的有效措施是掺入铅和钡的氧化物。例如含Pb090％(体积)的铅玻璃n=2.1。6第7页,共49页，2024年2月25日，星期天4．折射率的表示

一般常用nD来比较不同材料的折射率。

nD是指用钠光谱中的D线（λD=589.3nm，黄色）为光源测出的折射率。7二．色散

1．定义

材料的折射率随入射光的频率的减小(或波长的增加)而减小的性质，称为折射率的色散。

在给定入射光波长的情况下，材料的色散为色散=dn/dλ

（4.6）几种材料的色散见图4．1(a)及(b)所示:第8页,共49页，2024年2月25日，星期天82．色散的表示方法1）色散曲线色散曲线如图4.1所示，色散值可以直接由图4.1确定。

2）固定波长下的折射率通常色散的表示方法有以下几种：

（1）平均色散：nF－nC，有时用Δ表示。

nF：是指用氢光谱中的F线（λF=486.1nm，蓝色）为光源测出的折射率。nC：是指用氢光谱中的C线（λC=656.3nm，红色）为光源测出的折射率。

第9页,共49页，2024年2月25日，星期天（2）部分色散：用两种不同波长的折射率之差来表示如：

nD－nC，

nF－nD

（3）色散系数ν：也叫阿贝数、色散倒数或倒数相对色散，这是最常用的数值。（4）相对色散:

，3．应用实例1）光学玻璃的分类

例如光学玻璃就是按阿贝数的大小分成两大类：冕牌玻璃（γ大）和火石玻璃（γ小，nF－nC大，nD变化范围大）。

2）消除光学系统中的色差

用不同牌号的光学玻璃，分别磨成凸透镜和凹透镜组成复合镜头，可以消除色差，这叫做消色差镜头。9第10页,共49页，2024年2月25日，星期天三．反射1．反射系数（反射率）当光投射到材料表面时一般产生反射、透过和吸收。这三种基本性质都与折射率有关。m（%）+A（%）+T（%）=100%1）反射系数的定义10

设光的总能量流w为

W=W′+W″

（4.8）

W，W′，W″分别为单位时间通过位面积的入射光、反射光和折射光的能量流。

则，反射系数为

m=W′/W。

或：m=被反射的光强度/入射光强度=L/I0第11页,共49页，2024年2月25日，星期天

2）反射系数与折射率的关系

根据波动理论

W∝A2vS(4.9)

式中，A为入射波的振幅，v为入射波的传播速度，S为界面面积。

由于反射波的传播速度及横截面积都与入射波相同，所以：A′，A分别为反射波和入射波的振幅。

把光波振动分为垂直于入射面的振动和平行于入射面的振动，Fresnel推导出：11（4.10）（4.11）（4.12）第12页,共49页，2024年2月25日，星期天

自然光在各方向振动的机会均等，可以认为一半能量属于同入射面平行的振动，另一半属于同入射面垂直的振动，所以总的能量流之比为:当角度很小时，即垂直入射时：因为介质2对于介质l的相对折射率为：故：n21=i/r

m称为反射系数。12(4.13)（4.14）第13页,共49页，2024年2月25日，星期天2．透射系数根据能量守恒定律（光在界面上的现象），

W=W′+W″

(4.15)

(1－m)称为透射系数。由(4.14)式可知,在垂直入射的情况下,光在界面上的反射的多少取决于两种介质的相对折射率n21

3．界面的反射损失

（1）基本现象

如果介质l为空气，可以认为，n1=1，则n21=n2；

如果n1和n2相差很大，那么界面反射损失就严重；

如果n1=n2，则

m=0；

根据，因此在垂直入射的情况下，几乎没有反射损失。

13第14页,共49页，2024年2月25日，星期天（2）光线通过x块2块玻璃板的透射

设一块折射率n=1.5的玻璃，光反射损失为m=0.04，透过部分为1－m=0.96。如果透射光又从另一界面射入空气，即透过两个界面，此时透过部分为(1－m)2=0.922。

如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为(1－m)2x。（3）实例①减少反射损失的实例

由于陶瓷、玻璃等材料的折射率较空气的大，所以反射损失严重。如果透镜系统由许多块玻璃组成，则反射损失更可观。为了减小这种界面损失，常常采用折射率和玻璃相近的胶将它们粘起来，这样，除了最外和最内的表面是玻璃和空气的相对折射率外，内部各界面都是玻璃和胶的较小的相对折射率，从而大大减小了界面的反射损失。②增加反射损失的实例为了调节玻璃的n，常在玻璃表面涂以一定厚度的和玻璃n不同的透明薄膜，使玻璃表面的m增加或减少。14第15页,共49页，2024年2月25日，星期天

§5．2材料的透光性

一．介质对光的吸收1．吸收的一般规律1）光吸收的原因

光作为一种能量流，在穿过介质时，①使介质的价电子受到光能而激发，在电子壳能态间跃迁，或使电子振动能转变为分子运动的能量，即材料将吸收光能转变为或热能放出；②介质中的价电子吸收光子能量而激发，当尚未退激而发出光子时，在运动中与其它分子碰撞，使电子的能量转变成分子的动能亦即热能。从而构成了光能的衰减。这就是光的吸收。2）朗伯特定律设有一块厚度为x的平板材料(如图4.3)，入射光的强度为I0，通过此材料后光强度为I′。选取其中一薄层，并认为光通过此薄层的吸收损失

–dI，它正比于在此处的光强度和薄层的厚度dx，即:

15第16页,共49页，2024年2月25日，星期天

-dI=αIdx,(4.16)式表明，光强度随厚度的变化符合指数衰减规律。此式称为朗伯特定律。

式中α为物质对光的吸收系数，其单位为cm-1。α取决于材料的性质和光的波长。α越大材料越厚，光就被吸收得越多，因而透过后的光强度就越小。

2．光吸收与光波长的关系

根据光的波长，可将光进行如下划分：

γ射线——X射线——紫外光（10～400nm）——可见光(400～760nm)——红外光(760～106nm)——无线电波1)可见光区（400～760nm）如果材料对光谱内各波长的光吸收不等，有选择性，则由玻璃出来的光线必定改变了原来的光谱组成，就获得了有颜色的光。16

（4.16）

第17页,共49页，2024年2月25日，星期天

材料对光的吸收是基于原子中电子（主要是价电子）接受光能后，由代能级（E1）向高能级（E2）跃迁。当两个能级的能量差（E2-E1=hν=Eg，h为普照朗克常数，v为频率）等于可见光的能量时，相应的波长的光就被吸收，从而呈现颜色。Eg越小，吸收的光的波长愈长，呈现的颜色愈深；反之，能级差Eg愈大，吸收光的波长愈短，则呈现的颜色愈浅。例1，金属金属对光能吸收很强烈。

例2，玻璃

17玻璃有良好的透光性，吸收系数很小（Eg大）。

从图4.4中可见，在电磁波谱的可见光区，金属和半导体的吸收系数都是很大的。

但是电介质材料，包括玻璃、陶瓷等无机材料的大部分在这个波谱区内都有良好的透过性。也就是说吸收系数很小。

第18页,共49页，2024年2月25日，星期天2）紫外区（10～400nm）对于一般无色透明的材料（如玻璃）的紫外吸收现象比较特殊，不同于离子着色，并不出现吸收峰，而是一个连续的吸收区。透光区与吸收区之间有一条坡度很陡的分界线，通常称为吸收极限，小于吸收极限的波长完全吸收，大于吸收极限的波长则全部透过。

这是因为波长愈短，光子能量越来越大。当光子能量达到禁带宽度时，电子就会吸收光子能量从满带（基态）跃迁到导带（激发态），此时吸收系数将骤然增大。

此紫外吸收端相应的波长可根据材料的禁带宽度Eg求得:

（4.17）

(4.18)式中：h为普朗克常数，h=6．63×l0-34J·s。c为光速。从式中可见，禁带宽度（Eg）大的材料，紫外吸收端的波长比较小。

18第19页,共49页，2024年2月25日，星期天

3）红外区（760～106nm）一般认为在红外区的吸收是属于分子光谱。吸收主要是由于红外光（电磁波）的频率与材料中分子振子（或相当于分子大小的原子团）的本征频率相近或相同引起共振消耗能量所致。即在红外区的吸收峰是因为离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。

要使谐振点的波长尽可能远离可见光区，即吸收峰处的频率尽可能小（波长尽可能长），则需选择较小的材料热振频率γ。此频率γ与材料其它常数呈下列关系：

(4.19)式中β是与力有关的常数，由离子间结合力决定。Mc和Ma分别为阳离子和阴离子质量。

3．选择性吸收与均匀吸收

透明材料的选择吸收使其呈不同的颜色。如果介质在可见光范围对各种波长的吸收程度相同，则称为均匀吸收。在此情况下，随着吸收程度的增加，颜色从灰变到黑。

19第20页,共49页，2024年2月25日，星期天二．介质对光的散射

1．散射的概念

光波遇到不均匀结构产生次级波，与主波方向不一致，使光偏离原来的方向从而引起散射，从而减弱光束强度。散射现象也是由于介质中密度的均匀性的破坏而引起的。

由于散射，光在前进方向上的强度减弱了，对于相分布均匀的材料，其减弱的规律与吸收规律具有相同的形式:(4.20)式中，I为在光前进方向上的剩余强度。S为散射系数其单位为cm-1，与散射(质点)的大小、数量以及散射质点与基体的相对折射率等因素有关。如果将吸收定律与散射规律的式子统一起来，则可得到：

(4.21)20第21页,共49页，2024年2月25日，星期天2.散射系数最大时的质点直径

1)一般规律21如图4．5。（1）条件材料：含有1％(体积)Ti02散射质点的玻璃。入射光：λD=0.589μm（589nm）

相对折射率：n21=1.8（2）散射最强时质点的直径散射最强时，质点的直径为

(4.22)从上式可知：入射光的波长不同，散射系数达最大时的质点直径也不同。

第22页,共49页，2024年2月25日，星期天（3）散射系数与波长的关系

从图4．5中还可以看出，曲线由左右两条不同形状的曲线所组成，各自有着不同的规律。

讨论：当散射质点的体积浓度不变时①d<λ时，随d↑，散射系数S↑；②d>λ时，随着d↑，S↓；

③d≈λ时，S达最大值。

所以可根据散射中心尺寸和波长的相对大小，分别用不同的散射基因和规律进行处理，可求出S与其他因素的关系。2）Fresnel规律

Fresnel规律，适用于d>λ时，此时反射、折射引起的总体散射起主导作用。对于这种散射，可以认为散射系数正比于散射质点的投影面积：S=KNπR2(4.23)式中：N为单位体积内的散射质点数，R为散射质点的平均半径，K为散射因素，取决于基体与质点的相对折射率。当两者相近时，由于无界面反射，K≈O。22第23页,共49页，2024年2月25日，星期天由于N不好计算，设散射质点的体积含量为V，则那么(4．23)（S=KNπR2）式变为：(4.24)

将上式代入（4.20）式故(4.25)

由式中可见，d>λ时，R越小，V越大，则S愈大。这符合实验规律。同时S随相对折射率的增大而增大。3）Rayleigh（瑞利）散射适用于d<1/3λ时。此时散射系数

(4.26)

总之，不管在上述哪种情况下，散射质点的折射率与基体的折射率相差越大，将产生越严重的散射。4）Mie散射23第24页,共49页，2024年2月25日，星期天三．材料的透光性

1．透光性

1）定义

透光性是指光能通过材料后，剩余光能所占的百分比。透光性=I/I0

光的能量(强度)可以用照度来代表，也可用一定距离外的光电池转换得到的电流强度来表示。

2）计算

按照图4．3所示，将光源照在一定距离之外的光电池上，测定其光电流强度I0，然后在光路中插入一厚度为x的无机材料，同样测得剩余光电流强度I。可按(4.16)式算出综合吸收系数。注意：算出的α内，除了吸收系数外，实际上还包括了散射系数以及材料的界面损失（1-m）2。24第25页,共49页，2024年2月25日，星期天2．光能损失光通过厚度为x的透明陶瓷片时，各种光能的损失见图4.6所示。1）反射损失L①

强度为I0的光束垂直地入射到陶瓷左表面。由于陶瓷片与左侧空间介质之间存在相对折射率n21，因而在表面上有反射损失：

（2.27）

此时，透进材料中的光强度为I0(1-m)。

26第26页,共49页，2024年2月25日，星期天

2）吸收损失L②与散射损失L③

这一部分光能穿过厚度为x的材料后，又消耗于吸收损失②和散射损失③。到达材料右表面时，光强度剩下：I0(1-m)e-(α+S)x。

3）反射损失L④

再经过表面，一部分光能反射进材料内部，其数量为

L④=I0(1-m)e-(α+S)x(4.28)另一部分传至右侧空间，其光强度为

I=I0(1-m)2e-(α+S)x(4.29)显然I/I0才是真正的透光率。

注意：上式中所得的I中并未包括L④反射回去的光能。再经左右表面，进行二、三次反射之后，仍然会有从右侧表面传出的那一部分光能。这部分光能显然与材料的吸收系数、散射系数有密切的关系，也和材料的表面光洁度、材料的厚度以及光束入射角有关。26第27页,共49页，2024年2月25日，星期天

3．影响材料透光性的因素

1）吸收系数

这部分损失较小，在影响透光率中不占主导地位。见图4.4所示，对于陶瓷、玻璃等电介质材料，材料的吸收率或吸收系数在可见光范围内是比较低的，。

2）反射系数这部分损失较大。材料对周围环境的相对折射率大，反射损失也大。另一方面，材料表面的光洁度也影响透光性能，3）散射系数影响最大。

这一因素最影响陶瓷材料的透光率。其原因是：

(1)材料的宏观及显微缺陷

材料中的夹杂物、掺杂、晶界等对光的折射性能与主晶相不同，因而在不均匀界面上形成相对折射率。此值越大则反射系数越大，散射因子也越大，因而散射系数变大。27第28页,共49页，2024年2月25日，星期天

(2)晶粒排列方向的影响如果材料不是各向同性的立方晶体或玻璃态，则存在有双折射问题。与晶轴成不同角度的方向上的折射率均不相同。这样，由多晶材料组成的无机材料，晶粒与晶粒之间，结晶的取向不见得都一致。因此，晶粒之间产生折射率的差别，引起晶界处的反射及散射损失。28

图4.7所示为一个典型的双折射引起的不同晶粒取向的晶界损失。

图4.7说明：对多晶无机材料来说，影响透光率的主要因素在于组成材料的晶体的双折射率。例1：α-Al2O3晶体

α-Al2O3晶体的n0=1.760，ne=1.768。

第29页,共49页，2024年2月25日，星期天

考察在许多晶粒之间经多次反射损失之后的光能损失。设材料厚2mm，晶粒平均直径10μm，理论上具有200个晶界，则除去晶界反射损失后，剩余光强占(1-m)200=O．99897，损失并不大。

从散射损失来分析，设入射光为可见光，λ=0.39—0.77μm。今平均d=10μm＞＞λ，故采用S=3K×3V/4R计算，现在n21=1.768/1.60≈1，所以K≈0，亦即S≈0。也就是说，散射损失也很小。例2：金红石

金红石晶体的n0=2.854，ne=2.567,因而其反射系数m=2.8×10-3。如材料厚度3mm，平均晶粒直径3μm，则剩余光能只剩下(1-m)1000=0.06了。此外，由于n21较大，因之K较大，S大，散射损失较大，故金红石瓷不透光。

例3：MgO，Y2O3等立方晶系材料

没有双折射现象，本身透明度较高。如果使晶界玻璃相的折射率与主晶相的折射率相差不大，可望得支透明度较好的透明陶瓷材料。但这是相当不容易做到的。

例4：玻璃

29第30页,共49页，2024年2月25日，星期天

（3）气孔引起的散射损失①气孔含量

存在于晶粒之间的以及晶界玻璃相内的气孔、孔洞，从光学上讲构成了第二相。其折射率n1可视为1，与基体材料之n2相差较大，所以相对折射率n21=n2也较大。由此引起的反射损失、散射损失远较杂质、不等向晶粒排列等因素引起的损失为大。

气孔的体积含量V越大，散射损失越大。

例：一材料含气孔0.2%（体积），平均d=2μm，试验所得散射因子K=2～4，则散射系数

如果此材料厚为3mm，I=I0e-1.5×3=0.011I0。剩余光能只为1％左右，可见气孔对透光率影响之大。

30第31页,共49页，2024年2月25日，星期天

②气孔尺寸

一般陶瓷材料的气孔直径大约在1μm，均大于可见光的波长(λ=0.39～0.79μm)，所以计算散射损失时应采用公式（4.24），即S=K×3V/4R。

散射因子K与相对折射率n21有关。而气孔与陶瓷材料的相对折射率几乎等于材料的折射率n2，数值较大，所以K值也较大。气孔尺寸小，散射损失较小。

假如上例中只剩下平均d=0．Olμm的微小气孔，情况就有根本的变化。此时，A1203陶瓷的平均d<λ／3(λ设为可见光的波长)，符合瑞利散射条件。此时，即使气孔体积含量高达0.63％，陶瓷也是透光的。利用(4.26)式

如果陶瓷材料厚2mm，I=I0e-0。0032×2=0.994I0，散射损失不大，仍是透光性材料。

31第32页,共49页，2024年2月25日，星期天四．提高材料透光性的措施

1．提高原材料纯度2．掺加外加剂1）掺外加剂的目的目的：是降低材料的气孔率，特别是降低材料烧成时的闭孔。

2）增加A1203陶瓷透明性的常用外加剂（1）MgO（2）Y2O3，La2O3

3）注意事项外加剂本身也是杂质，掺多了也会影响透光性。

3．工艺措旋（1）排除气孔

（2）使晶粒定向排列32第33页,共49页，2024年2月25日，星期天§5．3界面反射和光泽一．镜反射和漫反射1．镜反射1）定义反射光线具有明确的方向性，一般称之为镜反射。

2）应用2．漫反射33当光照射到粗糙不平的材料表面上时，发生相当的漫反射。

漫反射的原因是由于材料

表面粗糙，在局部地方的入射角参差不一，反射光的方向也各式各样，致使总的反射能量分散在各个方向上，形成漫反射。材料表面越粗糙，镜反射所占的能量分数越小。

二．光泽光泽主要由折射率和表面光洁度决定。

第34页,共49页，2024年2月25日，星期天

§5.4不透明性(乳浊)和半透明性一．不透明性(乳浊)

341．影响乳浊效果的光学特性由可右图可见，影响乳浊效果的光学特性有：①镜反射光的分数；②直接透射光的分数；③入射光漫反射的分数以及入射光漫透射的分数。

2．获得良好乳浊效果的要求（1）要获得高度乳浊（不透明性）和覆盖能力，就要求光在达到具有不同光学特性的底层之前被漫反射掉。

第35页,共49页，2024年2月25日，星期天（2）为了有高的半透明性，光应该被散射。透射的光是扩散开的，但是大部分入射光应当透射过去而不是被漫反射掉。

为了得到最大的散射效果，应该:①颗粒及基体材料的折射率数值应当有较大的差别；②颗粒尺寸应当和入射波长约略相等；③并且颗粒的体积分数要高。

总之，决定总散射系数从而影响两相系统乳浊度的主要因素是：①颗粒尺寸；②颗粒与基体的相对折射率；③第二相颗粒的体积百分比。35第36页,共49页，2024年2月25日，星期天二．乳浊剂的1．对乳浊剂的要求

引进能够在玻璃基体中形成折射率与基体显著不同的小颗粒。2．乳浊机理

●入射光被反射、吸收和透射所占的分数取决于釉层的厚度、釉的散射和吸收特性。对于无限厚的釉层，其反射率m∞等于釉层的总反射的分数。

对于没有光吸收的釉层，m∞=l。

吸收系数大的材料，其反射率低。

好的乳浊剂必须具有低的吸收系数，亦即在微观尺度上，具有良好的透射特性。m∞决定于吸收系数和散射系数之比

36（4.30）

第37页,共49页，2024年2月25日，星期天

但由于实际上釉层厚度是有限的，而且釉层底部与基底材料的界面，也会有反射上来的光线增加到总反射率中去。下面分两种情况分析：①设釉层与底材之间的反射率m=0，则釉层表面的反射率为m0；②与反射率为m′的底材相接触的釉层的表面光反射率mR′由R.Kubclka和F.Munk给出的公式计算

（4.31）

这个方程的求解是困难的，但它表明，当底材的反射率、散射系数、釉层厚度以及釉层反射率增加时，实际反射率也增加。

●

釉层的覆盖能力和m0与mR′的比值有关。将CR′=m0／mR′称为对比度或乳浊能力。取基底的反射率m′=0.80比较方便，这样上式变为

C′0.80=m0／m0.80(4.32)式中m0.80是指基底反射率为0.80时，釉层表面的反射率。

37第38页,共49页，2024年2月25日，星期天3．常用乳浊剂常见的乳浊剂有：

①TiO2：它能够成核并结晶成非常细小的颗粒，折射率显著高于玻璃折射率的晶体。②氟化物：氟化物的折射率较低，但比起玻璃的折射率又不是低得太多。

③磷酸盐：折射率与玻璃的相近。④含锌化合物：含锌的釉也有达到较好乳浊效果的。可能是析出了锌铝尖晶石的晶粒。⑤CeO：效果很好，但稀有而昂贵。

⑥ZnS：

ZnS在高温时易溶于玻璃中，降温时从玻璃中析出微小的ZnS结晶而具乳浊效果。

⑦Sb2O3：是搪瓷的主要乳浊剂之一。

⑧SnO2：能保证良好的乳浊效果。其缺点是烧成时如遇还原气氛则还原成SnO而溶于釉中，乳浊效果消失。并且比较稀少，价格较贵，使得它的应用受到一定限制。

38第39页,共49页，2024年2月25日，星期天三．改善乳浊性能的工艺措施

1．乳浊釉的制备乳浊釉浆制备方法不同，乳浊效果差别很大。

2．乳浊釉的烧成制度乳浊釉的烧成制度对乳浊性能影响很大。四．半透明性

1．乳白玻璃

乳白玻璃和半透明瓷器(包括半透明釉)的一个重要光学性质是半透明性。

除了由玻璃内部散射所引起的漫反射以外，入射光中漫透射的分数对于材料的半透明性起着决定作用。

对于乳白玻璃来说，达到漫透射的方法是：具有明显的散射而吸收最小，这样就会有最大的漫透射。

39第40页,共49页，2024年2月25日，星期天412．氧化物陶瓷1）单相氧化物陶瓷在这类陶瓷中存在的气孔往往具有固定的尺寸，因而半透明性几乎只取决于气孔的含量。

例1，氧化铝瓷的折射率比较高，而气相的折射率接近1，相对折射率n21≈1.80。气孔的尺寸通常和原料的原始颗粒尺寸相当，一般是0.5～2.0μm，接近于入射光的波长，所以散射最大。因此，如图4.10所示，当气孔率增加到3％左右时，透射率将降低到0.01％；而当气孔率降低到0.3％时，透射率仍然只有完全致密试件的10％。这就是说，含有小气孔率的高密度单相陶瓷，半透明度是衡量残留气孔率的一种敏感的尺度，

第41页,共49页，2024年2月25日，星期天

2）实用陶瓷半透明性是一些实用陶瓷的主要的鉴定指标。

（1）分析一般瓷体由折射率接近1.5的玻璃、莫来石和石英构成。在致密的玻化瓷的显微组织中，细针状莫来石结晶出现在具有较大的石英晶体的玻璃基体之中。这种石英晶体是未溶解的或部分溶解的。因此虽然莫来石的晶粒尺寸是在微米级范围，但石英的晶粒尺寸要大得多。由于晶粒尺寸和折射率的差别，莫来石在陶瓷体内对于散射和降低半透明性起着主要的作用。

（2）方法提高半透明性的主要方法是：

①增加玻璃含量，减少莫来石的量。提高长石对粘土的比例可实现此要求。②把制品加热到足够高的温度,因而致密化过程得以充分进行，这样可得到半透明瓷。③调整各个相的折射率使之有较好的匹配。41第42页,共49页，2024年2月25日，星期天

§5．5材料的颜色一．着色的原因

显色的原因是由于着色剂对光的选择性吸收而引起选择性反射或选择性透射，从而显现颜色。从本质上说，某种物质对光的选择性吸收，是吸收了连续光谱中特定波长的光量子，以激发吸收物质本身原子的电子跃二．着色剂1．离子着色

根据材料中离子的光吸收，价态等与电子层结构的关系，可把常见离子大致划分为三种类型。

1）惰性气体阳离子

其电子层结构与周期表中邻近的惰性气体相似。

这一类离子中的电子自旋总和等于零。量子力学表明，这类离子中电子状态比较稳定，因此需要较大的能量才能激发电子进上层轨道，可见光的能量不足以使其激发，这就需要吸收波长较短的量子来激发外层电子，因而造成了紫外区的选择性吸收，对可见光则无影响，因此往往是无色的。

42第43页,共49页，2024年2月25日，星期天

43电子层结构

惰性

性阳离子

1s2

He（氦）

Li+，Be2+，B3+，C4+

1s22s22p6

Ne（氖）

Na+,Mg2+,Al3+,Si4+

1s22s22p63s23p6

Ar（氩）

K+,Ca2+,Sc3+(铈),Ti4+

1s22s22p63s23p63d104s24p6

Kr（氪）

Rb+,Sr2+,Y3+(钇),Zr4+

1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6

Xe（氙）

Cr+,Ba2+,La3+,

2）过渡金属离子

过渡元素的次外层有未成对的d电子，即具有dxs0p0或d10s0p0结构的离子，外层电子充满，次外层不饱和。其中x=1-5或6-9时，在3d亚层上都有未配对的电子，所以不稳定。电子跃迁所需要的能量Eg较小，可见光谱范围内的能量足够，故显色。当x=5时，半充满，色弱；x=0，10，全空，或全充满时，无色。

离子

Ti3+，

Ti4+，

V3+，

V5+，Cr3+，Mn2+，Mn3+，Fe2+，Fe3+，Co2+，Ni2+，Cu2+,Cu+

3d层电子

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