專利名稱：一種雙摻雜的釔鋁石榴石透明陶瓷粉體的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種雙摻雜的釔鋁石榴石透明陶瓷粉體的制備方法，屬于先進陶瓷的制備 技術領域。
背景技術：
由于具有優(yōu)良的性能，稀土摻雜釔鋁石榴石激光晶體受到了廣泛的關注，但是其制備 周期長、成本高、工藝復雜、摻雜濃度低等缺點制約了單晶更廣泛的應用。與激光晶體相 比，稀土摻雜釔鋁石榴石透明陶瓷具有性能優(yōu)良、成本低、工藝簡單等特點，而且在某些 性能上優(yōu)于激光單晶。因此，稀土摻雜釔鋁石榴石透明陶瓷就成為很有競爭力的替代單晶 的激光材料。
陶瓷材料的性能很大程度上取決于其制備粉體的性能，尤其是透明陶瓷材料，高純、 超細、窄粒徑分布的粉體是制備高質量透明陶瓷的關鍵之一。不同的制備方法對粉體的性 能如顆粒尺寸、粉體形貌、粒徑分布等影響很大。傳統(tǒng)的粉體制備常采用固相法，該法的 優(yōu)點是工藝簡單、易于工業(yè)化生產(chǎn)。但是采用該方法制備的粉體顆粒尺寸較大，相組成不 均一，粉體粒度和形貌難以控制，而且在研磨過程中容易引入雜質，往往要在很高的煅燒 溫度才能形成所需要的物質。為了克服以上的缺點，各種新的方法被開發(fā)出來，如共沉淀 法、溶膠-凝膠法、燃燒合成法、水(溶劑)熱法等，其可以在低溫合成所需的高純、超細粉 體。共沉淀法是制備高質量粉體常用的方法，但是反應過程中需要控制因素較多，制備周 期長，而且存在沉淀難過濾的問題。高分子吸附法文獻報道較少，具體就是采用纖維素-有 機酸-金屬鹽熱分解，此法利用固態(tài)高分子對離子的吸附能力，有效防止離子在水分蒸發(fā)過 程中的團聚，結合燃燒合成法，可以快速低溫合成所需粉體。由于是以固態(tài)高分子作為吸
收劑，從而具有類似固相反應的特性，如簡單快速；同時金屬離子又是從溶液態(tài)出發(fā)，從 而又具有了一些濕化學方法的特性，如原料分子水平均勻混合、低溫合成、相組成均勻等
特性。該方法介于固相法和濕化學方法之間，兼具有兩者的優(yōu)點。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種雙摻雜的釔鋁石榴石透明陶瓷粉體的制備方法，此法可在低 溫下快速合成高純、超細、具有均一粒徑分布的粉體，并且用該方法制備的粉體具有良好 的燒結性能。
本發(fā)明的技術方案為一種雙摻雜的釔鋁石榴石透明陶瓷粉體的制備方法，其具體步驟 如下將原料含丫3+和AL +的化合物按照材料的化學計量比進行配料，加入雙摻雜的稀土 離子C/NcP+或C,/YbS+的化合物，再加入含Ca^的化合物，將所有化合物溶解混合成均 勻的溶液；然后加入燃料，混合均勻，并用纖維素將溶液全部吸收，放入烘箱中令其自燃 得到前驅體，再將前驅體進行煅燒得到雙摻雜的釔鋁石榴石粉體。
其中所述的燃料為檸檬酸、甘氨酸或尿素中的至少一種；纖維素采用天然脫脂棉或纖 維質的紙類。燃料加入的物質的量為目標產(chǎn)物中所有金屬元素物質的量之和的1 4倍；所 用纖維素的質量為所制得目標產(chǎn)物雙摻雜的釔鋁石榴石透明陶瓷粉體質量的15%~150%。
上述自燃溫度為150 30CTC;粉體的煅燒溫度為850'C 1100'C，煅燒時間為1-3小時。
當雙摻雜的稀土離子為C,/N(^+時，Cr離子的摩爾摻雜量為Y3+的0.02~0.5%， Nd離 子的摩爾摻雜量為為丫3+0.5~4.0%;雙摻雜的稀土離子為C/Yb"時，Cr離子的摩爾摻雜 量為為Y3+0.01~0.1%, Yb離子的摩爾摻雜量為為Y3+5~10%。
優(yōu)選Ca^離子的摩爾加入量為03+的1~2倍。
所選用的原料含Y"、 Nd3+、 Yl^+或C^+的化合物可以采用其氧化物，并用硝酸溶解； 含C^+、 Ap+的化合物采用其硝酸鹽或其他可溶性鹽。
有益效果
本發(fā)明是在高分子吸附法基礎上改進的方法，其中的纖維素在制備前期起到吸附劑的 作用，從而使溶液態(tài)離子的均勻混合性可以有效地保存到固態(tài)前驅體中。該方法具有工藝 簡單方便，反應時間短，低溫合成純相粉體等優(yōu)點。用此方法制備的粉體顆粒細小，粒度 均一，元素分布均勻，結晶程度高，具有良好的燒結性能。


圖1本發(fā)明提供的雙摻釔鋁石榴石粉體制備的工藝流程。
圖2實施例1所制備的0,lmol%Cr4+，1.0mol%Nd3+:YAG粉體在IOO(TC煅燒2小時后的XRD 衍射圖譜。
圖3實施例3所制備的0.5mol。/。Cr"，1.0mol。/。Nc^+:YAG粉體在1100。C煅燒1小時后的XRD衍射圖譜。
圖4實施例4所制備的0.5mol%Cr4+，1.0mol%Nd3+:YAG粉體在1000。C煅燒3小時后的XRD 衍射圖譜。
圖5實施例1所制備的0.1mol。/。Cr4+,1.0mol。/。Nd3+:YAG粉體的熒光光譜。
具體實施方式
實施例1
稱取6.6953g純度為99.99%的Y2O3粉體，0.1009g純度為99.99%的Nd203粉體，0.0056g 純度為99.99%的CaO粉體放入燒杯中，用硝酸將上述氧化物全部溶解，再加入37.4755g 分析純的Al(N03)y9H20和0.04g分析純的Cr(N03)y9H20與去離子水混合攪袢成均勻的金 屬硝酸鹽溶液，稱取33.6g檸檬酸，將其攪拌溶解于金屬硝酸鹽溶液中。最后稱取24g脫脂 棉將溶液全部吸收。把吸收了溶液的脫脂棉放入烘箱中25(TC令其自燃得到前驅體，最后將 前驅體在IOO(TC煅燒2小時后得到雙摻雜的0.1mol。/。(Y+，1.0mol。/。NdS+:YAG粉體。
實施例2
稱取6.6953g純度為99.99%的Y2O3粉體，0.1009g純度為99.99%的Nd203粉體，0.0056g 純度為99.99%的CaO粉體放入燒杯中，用硝酸將上述氧化物全部溶解，再加入37.4755g 分析純的A1(N03)3'9H20和0.0400g分析純的Cr(N03)3'9H20與去離子水混合攪拌成均勻的 金屬硝酸鹽溶液，稱取67.2§檸檬酸，將其攪拌溶解于金屬硝酸鹽溶液中。最后稱取24g脫 脂棉將溶液全部吸收。把吸收了溶液的脫脂棉放入烘箱中22(TC令其自燃得到前驅體，最后 將前驅體在卯0。C煅燒3小時后得到雙摻雜0.1mol%Cr4+,1.0mol%Nd3+:YAG粉體。 實施例3
稱取6.5936g純度為99.99%的Y203粉體，0.1009g純度為99.99%的Nd203粉體，0.0561g 純度為99.99%的CaO粉體放入燒杯中，用硝酸將上述氧化物全部溶解，再加入37.3254g 分析純的A1(N03)3.9H20和0.2000g分析純的Cr(N03)3'9H20與去離子水混合攪拌成均勻的 金屬硝酸鹽溶液，稱取33.6g檸檬酸，將其溶解于金屬硝酸鹽溶液中。最后稱取24g脫脂棉 將溶液全部吸收。把吸收了溶液的脫脂棉放入烘箱中18(TC令其自燃得到前驅體，最后將前 驅體在U00。C煅燒1小時后得到雙摻雜的0.5mol%Cr4+,l,0mol%Nd3+:YAG粉體。
實施例4稱取6.4299g純度為99.99%的Y203粉體，0.5911g純度為99.99°/。的Yb203粉體，0.0028g 純度為99.99%的CaO粉體放入燒杯中，用硝酸將上述氧化物全部溶解，再加入37.5036g 分析純的A1(N03)3'9H20和0. OlOOg分析純的Cr(N03)y9H20與去離子水混合攪拌成均勻的 金屬硝酸鹽溶液，稱取33.6g檸檬酸，將其溶解于金屬硝酸鹽溶液中。最后稱取24g脫脂棉 將溶液全部吸收。把吸收了溶液的脫脂棉放入烘箱中25(TC令其自燃得到前驅體，最后將前 驅體在IOO(TC煅燒3小時后得到雙摻雜的0.025mol%Cr4+,5.0mol%Yb3+:YAG粉體。
實施例5
稱取6.4582g純度為99.99%的Y203粉體，0.3027g純度為99.99%的Nd203粉體,0.0561g 純度為99.99%的CaO粉體放入燒杯中，用硝酸將上述氧化物全部溶解，再加入37.3254g 分析純的A1(N03)3'9H20和0.2000g分析純的Cr(N03)y9H20與去離子水混合攪拌成均勻的 金屬硝酸鹽溶液，稱取33.6g檸檬酸，將其溶解于金屬硝酸鹽溶液中。最后稱取24g脫脂棉 將溶液全部吸收。把吸收了溶液的脫脂棉放入烘箱中200'C令其自燃得到前驅體，最后將前 驅體在IIOO'C煅燒1小時后得到雙摻雜的0.5mol%Cr4+,3.0mol%Nd3+:YAG粉體。
實施例6
稱取6.0912g純度為99.99%的Y203粉體，1.1822g純度為99.99%的Yb203粉體，0.0028g 純度為99.99%的CaO粉體放入燒杯中，用硝酸將上述氧化物全部溶解，再加入37.5036g 分析純的A1(N03)3'9H20和0. 0300g分析純的Cr(N03)3'9H20與去離子水混合攪拌成均勻的 金屬硝酸鹽溶液，稱取33.6g檸檬酸，將其溶解于金屬硝酸鹽溶液中。最后稱取24g脫脂棉 將溶液全部吸收。把吸收了溶液的脫脂棉放入烘箱中25(TC令其自燃得到前驅體，最后將前 驅體在IOO(TC煅燒3小時后得到雙摻雜的0.075mol%Cr4+,10.0mol%Yb3+:YAG粉體。
權利要求
1、一種雙摻雜的釔鋁石榴石透明陶瓷粉體的制備方法，其具體步驟如下將含Y3+和AL3+的化合物按照材料的化學計量比進行配料，加入雙摻雜的稀土離子Cr4+/Nd3+或Cr4+/Yb3+的化合物，再加入含Ca2+的化合物，將所有化合物溶解混合成均勻的溶液；然后加入燃料，混合均勻，并用纖維素將溶液全部吸收，放入烘箱中令其自燃得到前驅體，再將前驅體進行煅燒得到雙摻雜的釔鋁石榴石粉體。
2、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的燃料至少為檸檬酸、甘氨酸或尿素中的一種；所述的纖維素為天然脫脂棉或纖維質的紙類。
3、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于燃料加入的物質的量為目標產(chǎn)物中所有金屬元素物質的量之和的1~4倍；所用纖維素的質量為所制得目標產(chǎn)物雙摻雜的釔鋁石榴石透明陶瓷粉體質量的15%~150%。
4、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的自燃溫度為150~300°C;所述的煅燒溫度為85(TC 1100'C，煅燒時間為1-3小時。
5、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于雙摻雜的稀土離子為&4+^(13+時，Cr離子的摩爾摻雜量為Y3—的0.02~0.5%， Nd離子的摩爾摻雜量為Y3+的0.5~4.0%;雙摻雜的稀土離子為Cr"Yb"時，Cr離子的摩爾摻雜量為Y3+的0.01 0.1%， Yb離子的摩爾摻雜量為Y3+的5~10%。
6、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于(^2+離子的摩爾加入量為&3+的1~2倍。
全文摘要
本發(fā)明提供一種雙摻雜的釔鋁石榴石透明陶瓷粉體的制備方法，其特征在于采用高分子吸附自燃燒法合成雙摻雜的釔鋁石榴石粉體，即以金屬鹽溶液為原料，按照材料的化學劑量比進行配料，再加入一定量的燃料，混合成均勻的溶液，并用纖維素將溶液全部吸收，放入烘箱中令其自燃得到前驅體，再將前驅體進行熱處理即可得到雙摻雜的釔鋁石榴石粉體。該法不僅工藝簡單，大大縮短了制備周期，而且具有低溫合成、高純度、均一粒徑分布等優(yōu)點。制備的粉體具有良好的燒結性，適合用來燒結透明陶瓷。
文檔編號C04B35/44GK101597164SQ20091003234
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月1日 優(yōu)先權日2009年7月1日
發(fā)明者張其土, 浩 楊, 王麗熙 申請人:南京工業(yè)大學