專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)團(tuán)聚摻雜釔鋁石榴石納米粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精細(xì)化工領(lǐng)域，尤其是涉及摻雜釔鋁石榴石納米粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
釔鋁石榴石(YAG)晶體是一種性能優(yōu)良的激光介質(zhì)材料，生長(zhǎng)YAG晶體需要特殊設(shè)備和復(fù)雜工藝，晶體尺寸有限；同時(shí)由于分凝作用，摻雜激活離子-稀土離子的濃度不能太大，影響激光轉(zhuǎn)換效率的提高。多晶透明陶瓷成本較低，容易制備大尺寸塊材和高濃度摻雜離子，因而透明YAG陶瓷成為YAG晶體的很有潛力的取代物。制備透明摻雜YAG陶瓷需要高質(zhì)量的摻雜YAG粉體，即粉體純度高、粒徑小、粒徑分布窄、無(wú)團(tuán)聚。這樣有利于降低氣孔率，提高陶瓷的致密度與光學(xué)性能。YAG除了廣泛用作激光材料，還具有優(yōu)異的高溫抗蠕變性能，是一種非常有前途的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料。
國(guó)內(nèi)外制備YAG粉體的方法主要有混合煅燒法、水熱法、溶膠凝膠法、沉淀法等。但缺少一種適合大規(guī)模生產(chǎn)的方法。如混合煅燒法是把Y2O3和Al2O3按比例混合，在1800℃煅燒才獲得YAG粉體，其顆粒大且團(tuán)聚嚴(yán)重。水熱法產(chǎn)量低且純度差。溶膠-凝膠法多采用醇鹽作原料，或采用檸檬酸作膠凝劑，成本較高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。沉淀法是較早用來(lái)制備YAG粉體的方法，其優(yōu)點(diǎn)是成本低，但粉體團(tuán)聚嚴(yán)重，一般采用氨水作沉淀劑或尿素作共沉淀劑，并常添加表面活性劑、真空干燥或冷凍干燥克服團(tuán)聚問(wèn)題。也有采用碳酸氫銨作為沉淀劑，但沒(méi)有引入硫酸銨作為助劑，效果不太理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大規(guī)模生產(chǎn)無(wú)團(tuán)聚、無(wú)雜相的摻雜YAG納米粉體的方法。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案1、本發(fā)明制備的粉體組成式為Y3-XReXAl5O12，Re為摻雜稀土元素，將摻雜稀土離子的無(wú)機(jī)鹽水溶液和釔、鋁離子的無(wú)機(jī)鹽水溶液混合，生成沉淀。
釔、鋁和摻雜稀土離子選用各自的分析純無(wú)機(jī)鹽，釔的無(wú)機(jī)鹽可用99.99％的Y2O3溶于濃HNO3中而制得。不選用鹽酸鹽，可避免其氯離子增加粉體的團(tuán)聚。這三種離子的無(wú)機(jī)鹽水溶液的金屬離子摩爾比為3-X∶X∶5(0≤X≤1)，釔、鋁和摻雜稀土離子的濃度為0.5-0.005mol/L。上述三種離子的無(wú)機(jī)鹽水溶液的濃度應(yīng)控制在一定范圍，濃度過(guò)高粉體容易產(chǎn)生團(tuán)聚，濃度過(guò)低產(chǎn)率低。
前述摻雜稀土離子、釔和鋁離子的無(wú)機(jī)鹽水溶液優(yōu)選硝酸鹽水溶液。
不加任何助劑也能得到納米尺度粉體，但添加硫酸銨可以提高沉淀分散性，減小粉體粒徑。添加量約為釔離子摩爾量的0-20％。
2、沉淀過(guò)程中pH值控制在5-9，并攪拌，保證稀土離子和鋁離子沉淀完全。沉淀劑采用碳酸氫銨水溶液，濃度為0.5-0.005mol/L。
3、沉淀的抽濾抽濾過(guò)程中先用去離子水洗滌，是為了除去雜質(zhì)，如氯離子等，氯離子會(huì)增加粉體的團(tuán)聚，水洗后用有機(jī)溶劑洗滌，是為了減少吸附的氫氧根離子，氫氧根離子會(huì)增加粉體的團(tuán)聚。本發(fā)明選用無(wú)水乙醇作有機(jī)溶劑洗劑。
4、干燥干燥的目的是為了除去沉淀吸附的水分和有機(jī)溶劑，在普通烘箱中溫度100-120℃干燥2-6小時(shí)。
5、煅燒煅燒是為了把生成碳酸鹽和類(lèi)碳酸鹽沉淀轉(zhuǎn)變成氧化物，熱處理溫度過(guò)低，YAG相轉(zhuǎn)變不完全，產(chǎn)生雜相，熱處理溫度過(guò)高，YAG晶粒生長(zhǎng)，顆粒尺度變大，因此熱處理溫度控制在900-1300℃，時(shí)間控制在2-6小時(shí)。
用本發(fā)明提供的方法，制備的無(wú)團(tuán)聚摻雜釔鋁石榴石納米粉體的粒徑為20-100納米。
圖1是平均粒徑為30納米的摻釹YAG粉體的粉末X-射線(xiàn)衍射圖，和下面YAG晶體模擬的粉末X-射線(xiàn)衍射圖相比，所有特征峰均為Y3Al5O12相，未出現(xiàn)Y4Al2O9和YAlO3等其它雜相；圖2是平均粒徑為30納米的摻釹YAG粉體的電子衍射照片，衍射點(diǎn)清晰，表明YAG相晶型完整；圖3是平均粒徑為30納米的摻釹YAG粉體的透射電子顯微鏡照片，基本上無(wú)團(tuán)聚。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)制備工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低，工藝參數(shù)易控制，不必真空干燥；原料均為硝酸鹽，成本低，與鹽酸鹽原料相比，減少了粉體團(tuán)聚的程度；粉體的純度高，粒徑小，無(wú)團(tuán)聚；摻雜稀土離子容易，效果好。


圖1是平均粒徑為30納米的摻釹YAG粉體和YAG晶體模擬的粉末X-射線(xiàn)衍射圖的比較，其中上圖譜為測(cè)量的摻釹YAG粉體的粉末X-射線(xiàn)衍射圖，下圖譜為YAG晶體模擬的粉末X-射線(xiàn)衍射圖。
圖2是平均粒徑為30納米的摻釹YAG粉體的電子衍射照片。
圖3是平均粒徑為30納米的摻釹YAG粉體的透射電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1把Y(NO3)3和Al(NO3)3分別溶于蒸餾水中，釔和鋁離子的濃度分別為0.3mol/L和0.5mol/L，把這兩種溶液按金屬離子摩爾比為3∶5混合，攪拌下，滴加入過(guò)量的碳酸氫銨溶液中(濃度為0.5mol/L)，完畢后得膠狀沉淀，pH值為8左右。抽濾，蒸餾水洗2次，無(wú)水乙醇洗2次，在110℃干燥4小時(shí)，研磨，過(guò)篩，然后放在高溫爐中，1200℃煅燒4小時(shí)，獲得純YAG粉體的平均粒徑為50納米。
實(shí)例2把Y(NO3)3，Nd(NO3)3和Al(NO3)3分別溶于蒸餾水中，釔、釹和鋁離子的濃度分別為0.3mol/L，0.1mol/L和0.5mol/L，把這三種溶液按金屬離子摩爾比為2.9∶0.1∶5.0混合，攪拌下，滴加入過(guò)量的碳酸氫銨溶液中(濃度為0.5mol/L)，完畢后得膠狀沉淀，pH值為8左右。抽濾，蒸餾水洗2次，無(wú)水乙醇洗2次，在110℃干燥4小時(shí)，研磨，過(guò)篩，然后放在高溫爐中，1200℃煅燒4小時(shí)，獲得摻釹YAG粉體的平均粒徑為50納米。X射線(xiàn)熒光分析(XRF)表明粉體中釔與釹元素的摩爾濃度比(atom％)Y∶Nd約為30∶1。
實(shí)例3把Y(NO3)3，Nd(NO3)3和Al(NO3)3分別溶于蒸餾水中，釔、釹和鋁離子的濃度分別為0.3mol/L，0.1mol/L和0.5mol/L，把這三種溶液按金屬離子摩爾比為2.9∶0.1∶5.0混合，并加入0.1mol/L硫酸銨溶液(添加量約為釔離子摩爾量的10％)，攪拌下，滴加入過(guò)量的碳酸氫銨溶液中(濃度為0.5mol/L)，完畢后得膠狀沉淀，pH值為8左右。抽濾，蒸餾水洗2次，無(wú)水乙醇洗2次，在110℃干燥4小時(shí)，研磨，過(guò)篩，然后放在高溫爐中，1200℃煅燒4小時(shí)，獲得摻釹YAG粉體的平均粒徑為30納米。X射線(xiàn)熒光分析(XRF)表明粉體中釔與釹元素的摩爾濃度比(atom％)Y∶Nd約為30∶1。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)團(tuán)聚摻雜釔鋁石榴石納米粉體的制備方法，它包括沉淀、抽濾、干燥、煅燒過(guò)程，其特征在于(1)摻雜釔鋁石榴石的組成式為Y3-XReXAl5O12，Re為摻雜稀土元素，選用釔、鋁和摻雜稀土離子各自相應(yīng)的無(wú)機(jī)鹽水溶液為原料，釔、鋁和摻雜稀土離子的濃度為0.5-0.005mol/L，這三種無(wú)機(jī)鹽水溶液的金屬離子摩爾比為3-X∶X∶5(0≤X≤1)；(2)采用碳酸氫銨水溶液為沉淀劑，濃度為0.5-0.005mol/L；(3)沉淀過(guò)程伴隨攪拌，控制pH值為5-9。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的沉淀過(guò)程采用硫酸銨作為助劑，添加量為釔離子摩爾量的0-20％。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的無(wú)機(jī)鹽水溶液為釔、鋁和摻雜稀土離子的硝酸鹽水溶液，不采用其氯化物水溶液。
全文摘要
一種無(wú)團(tuán)聚摻雜釔鋁石榴石(YAG)納米粉體的制備方法，屬于精細(xì)化工領(lǐng)域。本發(fā)明的主要特征是以釔，鋁和摻雜稀土離子的硝酸鹽水溶液為原料，以碳酸氫銨為沉淀劑，沉淀過(guò)濾、干燥，在900－1300℃之間煅燒，可獲得平均粒徑尺寸30納米的無(wú)團(tuán)聚，無(wú)雜相的摻雜釔鋁石榴石粉體。該方法突出特點(diǎn)是原料采用無(wú)機(jī)鹽，不必加表面活性劑，不必真空干燥或冷凍干燥，可得到無(wú)團(tuán)聚，無(wú)雜相，高純度，粒徑分布窄的摻雜釔鋁石榴石納米粉體。該方法制備的粉體質(zhì)量好，工藝簡(jiǎn)單穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C30B29/10GK1609045SQ20031010371
公開(kāi)日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2003年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月23日
發(fā)明者周有福, 許顏清, 洪茂椿, 陳長(zhǎng)章, 李定 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所