原文出自Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊

Cite this article:

Chen X, Shen Y, kong Z, et al. Unravelling the H₂O-assisted high-pressure sintering mechanism: a route to highly transparent cubic alumina ceramics. Journal of Advanced Ceramics, 2026, https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221291 

文章DOI：10.26599/JAC.2026.9221291

一、研究背景

透明陶瓷兼具优异的光学性能与机械强度，是极端环境下不可或缺的关键材料。透明立方氧化铝陶瓷是一种颇具前景的光学材料，但难以在不发生相变或开裂的情况下实现致密化。传统烧结需要高温，这不可避免地导致晶粒粗化并转变为不透明的六方相。尽管传统冷烧结工艺提供了一种低温替代方案，但在中等压力（<500 MPa）下，由于致密化不足，通常只能获得低透明的立方氧化铝陶瓷。与此相反，超高压烧结可将气孔率降压至极限，能在低温条件下制备出高透过的立方氧化铝透明陶瓷，但超高压力的应用又会引入内应力，导致样品泄压后极易发生开裂行为。因此，如何在保持其高透过率的同时，突破样品开裂瓶颈，是极端高压制备透明陶瓷领域悬而未决的重大挑战。

二、研究亮点

本研究创新性地提出了水辅助高压烧结机制，并证明了水辅助高压烧结是一种在低至300 °C的温度下制备完全致密、无裂纹且透明的立方氧化铝纳米晶陶瓷的高效方法，实现了接近理论值（>99%）的密度和优异的光学透过率（可见光区>80%）。结合第一性原理计算和从头算分子动力学模拟，我们揭示了其原子尺度的作用机制。这项工作解决了在亚稳态立方氧化铝中同时实现完全致密化和相稳定性且无微裂纹这一长期存在的实践难题。它提供了一个清晰的机理框架，将水重新定义为高压烧结中不仅是加工助剂，更是关键的结构调节剂。

三、意义与展望

这一成果开辟了化学环境-物理场协同调控化学成分的全新路径，为制备高性能光学陶瓷提供了普适性策略。所获得的立方相氧化铝透明陶瓷，有望在高功率激光窗口、装甲防护及精密光学器件等尖端领域引发颠覆性应用。

四、作者及研究团队简介

陈兴涛（第一作者兼通讯作者），南昌大学物理与材料学院教师，硕士生导师，获批南昌大学215人才工程计划、青年培育人才计划。主要从事光电磁功能陶瓷、半导体发光材料以及储能的研究工作。近五年来，作为第一作者或通讯作者在Journal of Advanced Ceramics, Inorganic Chemistry, Applied Physics Letters, Journal of Materials Chemistry，Journal of the European Ceramic Society等期刊上累计发表发表SCI收录论文30余篇，授权专利2项，主持并承担了国家自然科学基金、江西省自然科学基金以及国防横向课题等项目。

于立新（通讯作者）南昌大学物理与材料学院，教授，博士生导师。主要从事稀土发光材料、半导体发光材料以及储能材料研究工作。在ACS Appl. Mater. Inter.，Appl. Phys. Lett., J. Phys. Chem., Inorg. Chem.等国际期刊上累计发表发表SCI收录论文60余篇，授权发明专利8件，在美国NOVA科学出版社出版编著一部，在美国NOVA科技出版社出版专著两部。主持国家自然科学基金、江西省自然科学基金等项目。

《先进陶瓷（英文）》（Journal of Advanced Ceramics）期刊简介

《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为中国科学院院士、清华大学林元华教授、苏州国家实验室周延春教授、广东工业大学林华泰教授和哈尔滨工业大学张幸红教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库收录。现为月刊，2025年发文量为202篇；2025年6月发布的影响因子为16.6，连续5年位列Web of Science核心合集“材料科学，陶瓷”学科34种同类期刊第1名；2024年11月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目；2025年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学1区Top期刊。2023年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台SciOpen独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。

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