最早與陶瓷結(jié)緣還是20多年前在廈門大學(xué)讀本科的時候，當(dāng)時跟著熊兆賢教授熟悉介電陶瓷的制備流程，了解了陶瓷領(lǐng)域中諸如球磨、排膠、預(yù)燒和燒結(jié)等概念，期間閱讀了金格瑞（Kingery）的《陶瓷導(dǎo)論》（中譯本），隨后就將研究興趣轉(zhuǎn)向了材料學(xué)、晶體學(xué)和物理化學(xué)領(lǐng)域，側(cè)重于基礎(chǔ)研究。原因與金格瑞一樣，筆者對陶瓷領(lǐng)域長期依賴甚至已經(jīng)引起金格瑞在其著作中反感的經(jīng)驗并不滿意，而且已經(jīng)懂得了優(yōu)化制備工藝與科學(xué)研究之間的區(qū)別，因此更樂意于從理論的角度揭示那些經(jīng)驗背后的東西。

透明激光陶瓷實際上可以直接稱為激光陶瓷，透明的前綴主要是強調(diào)其不同于一般陶瓷的外觀。這是一個既傳統(tǒng)又新穎的事物。傳統(tǒng)是因為20世紀(jì)60年代激光出現(xiàn)后，就開始了透明激光陶瓷的探索，其歷史實際上比更廣為人知的激光玻璃還要早，與激光晶體幾乎同時出現(xiàn)。然而它又是新穎的: 直到20世紀(jì)90年代才引起陶瓷界的注意，并發(fā)展為先進(jìn)陶瓷的一個分支。而且到目前為止，相比于已經(jīng)廣泛進(jìn)入工程應(yīng)用的激光晶體和激光玻璃，透明激光陶瓷雖然在實驗室樣機(jī)中取得了應(yīng)用，但是仍屬于潛在的替代者。

這種傳統(tǒng)與新穎之間的矛盾來源于理論落后于經(jīng)驗。雖然從科學(xué)史的角度來看，理論落后于經(jīng)驗的事情很常見，比如麥克斯韋的電磁理論就是在法拉第和安培等積累了大量電磁學(xué)經(jīng)驗后才出現(xiàn)的，但是透明激光陶瓷的這種落后卻是另一回事。它不是需要某個偉人來建立新的理論，而是僅僅需要堅持原有的、長期以來被陶瓷領(lǐng)域的經(jīng)驗掩蓋而表面看來缺失的理論，其中又以光散射理論為首。池末（Ikesue）在回憶Nd:YAG透明激光陶瓷的發(fā)展史時就強調(diào)了這一點，甚至為此宣稱自己并非陶瓷學(xué)家，只是一個注意到光散射理論并想方設(shè)法在燒結(jié)陶瓷中實踐它的工程師而已。

20多年后重回陶瓷領(lǐng)域，筆者發(fā)現(xiàn)這種落后仍然存在。比如MgO能不能作為Y2O3的燒結(jié)助劑得到透明激光陶瓷？如果已經(jīng)假定激光陶瓷需要干凈晶界作為必要條件，那么答案當(dāng)然是不能。這是因為MgO和Y2O3都是堿性氧化物，其共熔是熱力學(xué)不穩(wěn)定的，反而是ZrO2或Al2O3可以嘗試。遺憾的是，試圖燒結(jié)Y2O3�睲gO體系而得到透明激光陶瓷的工作還是做了不少。雖然現(xiàn)在這個體系已經(jīng)改向復(fù)相陶瓷的方向，但是仍有試圖基于所謂光散射的尺寸效應(yīng)去考慮小晶粒陶瓷的報道哪怕熱力學(xué)理論已經(jīng)揭示這種實踐同非共熔小晶粒趨于團(tuán)聚是相矛盾的，即便表面上是透明的，也沒有激光的實用價值。

這種落后在透明激光陶瓷文獻(xiàn)中還體現(xiàn)為雖然本質(zhì)上是已有理論知識的利用，但是卻誤以為是創(chuàng)新而出版并宣揚，比如基于光散射理論，很容易推導(dǎo)出界面也是重要的影響因素，而不是直到面臨寄生振蕩的問題時才意識到這一點，并誤以為是新的發(fā)現(xiàn)。

文獻(xiàn)中又一種常見的時髦做法是引用公式就代表自己做了理論探討，哪怕討論部分實際上還是實驗結(jié)果的簡單羅列和對比，甚至同一公式在不同文獻(xiàn)中可以有不同版本，而正文中遺漏了這些版本的適用條件或所采用的實際單位制; 嚴(yán)重時甚至以訛傳訛，缺乏實際的演算和檢驗。

以前筆者就想過一個有趣的問題，如果牛頓來寫一本機(jī)械工程學(xué)方面的著作，那么其結(jié)果會如何？肯定與工程師根據(jù)自己的成果和經(jīng)驗撰寫的相關(guān)著作不一樣。反過來，這些工程師如果真正看懂了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》之后再撰寫自己的著作，又會如何呢？金格瑞和他撰寫的《陶瓷導(dǎo)論》就是這樣的例子。該書以材料學(xué)包含的晶體學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)理論為骨，以陶瓷領(lǐng)域的實踐為肉，再以筆者自己跨學(xué)科的修養(yǎng)為皮，成就了自身長盛不衰的經(jīng)典地位。雖然書中不少理論是大學(xué)教材的基本內(nèi)容，但是當(dāng)實踐只是忽視理論，而不是超越理論的時候，理論就是長青之樹。

本書正是筆者進(jìn)行這種思考的產(chǎn)物，試圖從材料學(xué)的角度對20世紀(jì)60年代以來有關(guān)透明激光陶瓷的實驗和應(yīng)用文獻(xiàn)進(jìn)行整理，其間也包含了筆者自己的理論和實驗成果，以理論結(jié)合實踐，搭建一座基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用之間的橋梁，并且嘗試回答這一領(lǐng)域的來龍與去脈，盡一點菲薄之力，為當(dāng)前各種具體材料制備工藝參數(shù)優(yōu)化的探索提供潛在的或基礎(chǔ)性的學(xué)科研究方向。

本書不屬于純粹的基礎(chǔ)研究或者應(yīng)用研究，而可以歸屬于應(yīng)用基礎(chǔ)研究的范疇。基礎(chǔ)研究解決為什么或是什么的問題，但沒有應(yīng)用背景的基礎(chǔ)研究很容易落入閉門造車的困境; 而應(yīng)用研究解決如何實現(xiàn)或怎么樣的問題，比如如何將陶瓷燒透明就是應(yīng)用研究，但是如果將基礎(chǔ)研究扔在一邊，就容易進(jìn)入金格瑞指責(zé)的經(jīng)驗主義，局限于大量的人力、物力和時間的試差探索或虛假的優(yōu)化研究，甚至獲得合格的陶瓷要關(guān)聯(lián)到某個具體的工匠和某臺特定的燒結(jié)爐上。應(yīng)用基礎(chǔ)研究試圖解決這些問題它不但要解決如何做的問題，還要解決為什么要這樣做和這樣做屬于哪一發(fā)展階段這兩個基礎(chǔ)研究問題。因此本書并沒有否認(rèn)現(xiàn)有陶瓷領(lǐng)域所積累的經(jīng)驗或者技術(shù)數(shù)據(jù)的價值，恰恰相反，這些是利用和驗證本書相關(guān)理論的基礎(chǔ)，是成炊的米。當(dāng)然，作為巧婦，無米固然不能成炊，但是如果罔顧炊的規(guī)律，也同樣得不到一鍋好飯。

通俗地說，通過本書可以讓做材料的人懂得如何圍繞激光做材料，讓做激光的人懂得如何圍繞材料做激光，同時也可以促進(jìn)雙方更好地交流與合作。

雖然目前市面上的相關(guān)著作在介紹透明陶瓷的時候也涵蓋了透明激光陶瓷，不過相當(dāng)一部分是實驗結(jié)果的羅列和諸如氣孔率隨燒結(jié)溫度而變化是引起透射率變化的原因等描述性結(jié)論(唯象或定性地討論)。即便是專注于透明激光陶瓷，嚴(yán)格說來也仍然屬于物理領(lǐng)域的激光知識與其多年陶瓷制備和表征結(jié)果的合編，在理論的統(tǒng)籌上仍有欠缺。

可喜的是近年來不少學(xué)者，比如以池末為首的團(tuán)隊也意識到這一點，從其所報道的研究論文可以發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊已經(jīng)重視基礎(chǔ)理論的應(yīng)用，力圖從熱力學(xué)的角度來獲得新技術(shù)和新材料，不再如同當(dāng)年簡單報道陶瓷制備條件和陶瓷性能表征了。筆者曾有幸當(dāng)面做過一個有關(guān)ZnS透明陶瓷的報告，當(dāng)時池末就直接關(guān)注格點占據(jù)的晶體學(xué)問題！有理由相信，今后會日益加大對基礎(chǔ)理論的重視，對激光陶瓷發(fā)展的推動也會更為迅猛。

為了體現(xiàn)橋梁的作用。本書在撰寫中保留了當(dāng)前陶瓷領(lǐng)域的一些常見做法，比如原子百分比和將摻雜元素寫在基質(zhì)化合物名稱之前。后者的例子就是在發(fā)光材料或發(fā)光學(xué)領(lǐng)域，Y3Al5O12(簡稱YAG)摻雜Nd元素通常寫作YAG:Nd； 而在透明激光陶瓷領(lǐng)域，相當(dāng)多的文獻(xiàn)，尤其是池末及其支派的文獻(xiàn)則記作Nd:YAG。另外，本書所用的名詞同樣來自多個領(lǐng)域，以激光材料為例，它也可以按照激光工作原理稱為激光介質(zhì)或激光增益介質(zhì)，本書對這些用法都做了解釋，隨后不再嚴(yán)格區(qū)分使用，其目的仍然是圍繞橋梁而行，不作為規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)化專業(yè)名詞的依據(jù)。

本書適合按順序逐章閱讀，除非讀者已有相關(guān)的專業(yè)知識背景，否則不建議擇取章節(jié)跳讀。因為一門學(xué)科的知識自有其先后、承轉(zhuǎn)、含納和因果關(guān)系，所謂融匯貫通離不開對這些關(guān)系的掌握，這也是科學(xué)研究等具有系統(tǒng)性特征活動的精髓所在，所以建議讀者通讀所有章節(jié)，建立起一個較為完整的透明激光陶瓷的知識框架，隨后再深入特定的領(lǐng)域，這樣可以更為從容。

最后，本書的立項和出版，離不開魯永芳編輯的大力支持和幫助，也受惠于叢書編委以及出版基金相關(guān)評審專家和人員對所提交書稿拙劣手筆的容忍和勉勵。在當(dāng)前唯職稱或唯職位仍較為盛行的狀況下，他們的支持和幫助彌為珍貴，乃至筆者幾易書稿，吟安推敲后仍惶恐于有所辜負(fù)，遲遲難以封筆。筆者也要感謝目前就職的中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所透明陶瓷研究中心下屬的透明與光功能陶瓷課題組李江研究員、諸位同仁以及研究生的支持，同時也感謝中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所和海西研究院洪茂椿先生等惠賜相關(guān)資料并準(zhǔn)予使用。

本書的出版得到國家出版基金的支持，并列入十四五時期國家重點出版物出版專項規(guī)劃·重大出版工程規(guī)劃項目。其中部分工作也得到了國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金(培育項目，項目批準(zhǔn)號： U1932160)的支持，在此一并表示感謝。

本書拋磚引玉，希望能推動更多理論結(jié)合實踐的科研著作的問世。囿于作者見識淺陋，書中謬誤在所難免，還請不吝賜教，以便后繼再版訂正。

是為序。

陳昊鴻雷芳
2022年4月