激光陶瓷的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光材料的制備領域，特別是涉及一種激光陶瓷的制備方法。
【背景技術】
[0002]堿土金屬氟化物中，以氟化鈣(CaF2)為代表，由于具有透光范圍寬、吸收系數(shù)低、相對色散大、折射率低、損傷閾值高、聲子能量低等一系列特點，作為一種優(yōu)異的激光增益材料而被廣泛研宄。
[0003]2009年，P.Aubry等人通過共沉淀方法制備了 Yb3+: CaF2m米前驅體，對前驅體進行真空燒結以及熱等靜壓后得到了 Yb3+:CaF2陶瓷(P.Aubry, et.al.，Synthesisand optical characterizat1ns of Yb—doped CaF2 ceramics.0pt.Mater.，31 (2009) 750-753) o 2013年，Gang Lu等人利用共沉淀法合成了 Nd3+: CaF2粉體，并結合熱壓真空燒結制備了激光陶瓷(Gang Lu, Bingchu Mei, et.al.Fabricat1n and propertiesof highly transparent Nd-doped CaF2 ceramic.Mater Lett 115(2014) 162-164)。
[0004]上述方法存在以下缺陷:采用共沉淀法制備前驅體的工藝過程較難控制，難以一次性制備大量的粉體，且采用真空燒結或熱壓燒結時的溫度高、時間長、能耗大，限制了發(fā)光離子摻雜的堿土金屬氟化物激光陶瓷的規(guī)?；a(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種激光陶瓷的制備方法，該制備方法工藝簡單、容易控制、燒結溫度低、制備周期短，可實現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0007]一種激光陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0008]S100:將分子式為MF2的氟化物粉體與分子式為ReFn的氟化物粉體按一定比例混合，作為反應原料；或者將分子式為Re = MFd^氟化物單晶粉碎后得到的粉晶作為反應原料；
[0009]其中，M為堿土金屬離子，Re為Mn2+或稀土離子，η = 2或3 ;
[0010]S200:將所述反應原料研磨、混勻、干燥后得到前驅體粉末；
[0011 ] S300:將所述前驅體粉末放入模具中，置于放電等離子燒結爐中，在真空環(huán)境或保護氣氛下，升溫至600°C?1100°C，保溫Omin?60min，冷卻至室溫后得到燒結體；
[0012]S400:將所述燒結體打磨、拋光后，得到離子摻雜的堿土金屬氟化物激光陶瓷。
[0013]在其中一個實施例中，步驟S100中，所述分子式為MF2的氟化物粉體與所述分子式為ReFn的氟化物粉體的摩爾比為(99.5?60): (0.5?40)。
[0014]在其中一個實施例中，Re為 Dy3+、Yb3+、Nd3+、Er3+、Ce3+、Eu3+、Gd3+、Ho3+、Tm3+、Sm3+和Mn2+中的一種。
[0015]在其中一個實施例中，步驟S200中，采用球磨機對所述反應原料進行研磨；
[0016]球磨過程中，所采用的氣氛為氬氣氣氛、氮氣氣氛或真空環(huán)境，所采用的助劑為乙醇或去離子水。
[0017]在其中一個實施例中，球磨轉速彡250r/min，球磨時間彡Ih。
[0018]在其中一個實施例中，步驟S200中，干燥條件為:真空環(huán)境，60°C?120°C下干燥Ih ?24h0
[0019]在其中一個實施例中，在步驟S300之前，還包括以下步驟:
[0020]將步驟S200中得到的前驅體粉末進行研磨過篩，得到粒度< 100目的前驅體粉末。
[0021]在其中一個實施例中，步驟S300中，溫度控制過程為:以10°C /min?200°C /min的升溫速率升溫至600 °C?1100 °C，保溫Omin?60min后，隨爐冷卻至室溫或以彡200 °C /min的降溫速率降至室溫。
[0022]在其中一個實施例中，步驟S300中，所述保護氣氛為氮氣氣氛或氬氣氣氛。
[0023]在其中一個實施例中，步驟S300中，燒結過程中所述放電等離子燒結爐中的壓力為 1MPa ?80MPa。
[0024]本發(fā)明的有益效果如下:
[0025]本發(fā)明的激光陶瓷的制備方法中，采用堿土金屬氟化物粉體或摻雜發(fā)光離子的堿土金屬氟化物粉晶作為反應原料，無需經(jīng)過共沉淀即可得到前驅體粉末，過程簡單，容易控制，有助于實現(xiàn)工業(yè)化的批量生產(chǎn)；同時，采用放電等離子方式進行燒結，降低了燒結溫度和能耗，縮短了燒結時間和制備周期。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明激光陶瓷的制備方法一實施例的工藝流程圖；
[0027]圖2為實施例1中樣品的XRD衍射圖譜。
【具體實施方式】
[0028]以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0029]本發(fā)明提供了一種激光陶瓷的制備方法，適用于離子摻雜的堿土金屬氟化物激光陶瓷的制備，尤其適用于離子摻雜的CaF2激光陶瓷的制備。參見圖1，本發(fā)明的激光陶瓷的制備方法包括以下步驟:
[0030]SlOO:獲取反應原料，包括以下兩種方式:
[0031]方式一，將分子式為MF2的氟化物粉體與分子式為ReFn的氟化物粉體按一定比例混合，作為反應原料；方式二，將分子式為Re:MF2的氟化物單晶粉碎后得到的粉晶作為反應原料；其中，M為堿土金屬離子，Re為Mn2+或稀土離子，η = 2或3。
[0032]在方式一中，分子式為MF2的氟化物粉體為主要的反應原料，包括CaF 2、BaF2, SrF2等堿土金屬氟化物粉體，該堿土金屬氟化物粉體為市售粉體，一般為多晶結構。較佳地，該市售粉體的純度大于99.99%。
[0033]分子式為ReFJ^氟化物粉體的主要作用是為激光陶瓷提供Re離子，其中，Re離子為發(fā)光離子，在一定的激發(fā)條件下能夠發(fā)光，本發(fā)明中，Re離子為錳離子或稀土離子。優(yōu)選地，稀土離子選自 Dy2+、Yb3+、Nd3+、Er3+、Ce3+、Eu3+、Gd3+、Ho3+、Tm3+和 Sm3+中的一種。本發(fā)明中，所使用的分子式ReFn的氟化物粉體為市售粉體，純度優(yōu)選為99.99%以上。
[0034]較佳地，作為一種可實施方式，分子式為MF2的氟化物粉體與分子式為ReFn的氟化物粉體的摩爾比為(99.5?60): (0.5?40)。本發(fā)明可實現(xiàn)發(fā)光離子的高濃度均勻摻雜，可制備出發(fā)光強度更高、發(fā)光性能更好的激光陶瓷。
[0035]在方式二中，反應原料為發(fā)光離子摻雜的堿土金屬氟化物粉晶，屬于單晶結構。該單晶結構的堿土金屬氟化物一般通過提拉法、坩禍下降法、溫度梯度法制備而成，也可為市售單晶。
[0036]S200，制備前驅體粉末:將反應原料研磨、混勻、干燥后得到前驅體粉末。
[0037]作為一種可實施方式，采用球磨機對反應原料進行研磨。較佳地，為了防止反應原料被空氣氧化，球磨過程中，所采用的氣氛為氬氣氣氛、氮氣氣氛或真空環(huán)境；更佳地，在反應原料中加入助劑以加快研磨速度，并使原料充分混合。其中，助劑可選用去離子水或乙醇。同時，為了保證研磨速度和研磨質量，球磨轉速大于等于250轉/分，球磨時間大于等于I小時。進一步地，球磨所使用的球磨罐優(yōu)選為瑪瑙球磨罐、氧化鋯和聚四氟乙烯球磨罐。
[0038]較佳地，真空環(huán)境下球磨時，真空度彡1^1Pao
[0039]此外，也可采用其他方式對反應原料進行研磨，如手工研磨。
[0040]步驟S2