[发明专利]掺锆氧化钇基透明陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及透明陶瓷，特别是一种掺锆氧化钇基透明陶瓷及其制备方法。

背景技术

氧化钇(Y₂O₃)属立方晶系，具有稳定性好、光学透明区域宽、热导率高等特点，很早就被认为是优秀的固体激光基质材料。近年添加Nd³⁺、Eu³⁺、Yb³⁺等稀土元素的Y₂O₃透明陶瓷已成为固体激光器工作物质的研究热点。然而，由于其熔点高达2430℃，并且在2280℃附近有相变并伴随体积变化，使得单晶生长困难。采用陶瓷工艺制备透明Y₂O₃陶瓷，不但容易制备、成本低、可制得大尺寸制品，而且可以实现高浓度掺杂、易制备多层和多功能陶瓷结构；并且透明陶瓷中稀土离子的掺杂浓度不受分凝系数的制约，可以实现高浓度掺杂。称为Yttralox的Y₂O₃透明陶瓷是由美国通用电气公司首先研制成功的，是以高纯Y₂O₃为原料，以ThO₂为添加剂，在2170℃下常压烧结制得。美国专利3,873,657介绍了一种用0.1％-0.8mol％的BeO为添加剂的Y₂O₃透明陶瓷，其烧结温度为2000℃。我国专利ZL200410025311.x介绍了一种用碳酸氢铵和氨水作复合沉淀剂制备Y₂O₃粉，所得的粉体在1300℃-1800℃氢气气氛烧结6小时制备Y₂O₃透明陶瓷材料。从上述可知，国外制备Y₂O₃透明陶瓷大多采用有放射性或有毒的ThO₂或BeO做添加剂来降低烧结温度，给制备带来很多困难；国内主要是采用化学共沉淀方法制备Y₂O₃粉体，然后烧结陶瓷，由于制备过程很长时间暴露在空气中，容易引入较多杂质，影响陶瓷的透明度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺锆氧化钇基透明陶瓷及其制备方法。该陶瓷具有较高的透明度和致密性。

本发明的技术解决方案如下：

一种掺锆氧化钇基透明陶瓷，其特点是该陶瓷的结构式为：

(Y_1-x-yRe_xZr_y)₂O₃，

其中：

Re为稀土元素，是Yb、Nd、Tm、Ho、Ce、Er、Pr、Eu之一，或是Yb分别与Ho、Ce、Er、Pr、Eu共掺的双元素；

x、y的取值范围是：0.00≤x≤0.10；0.001≤y≤0.05。

所述的掺锆氧化钇基透明陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

①采用纯度大于99.99％的Y₂O₃、ZrO₂和稀土氧化物的粉体为原料，选定x和y后，按化学结构式(Y_1-x-yRe_xZr_y)₂O₃配置粉体，将上述粉料以无水乙醇为介质球磨，混合均匀；

②烘干后不添加任何粘结剂在10～30MPa压力下，通过成型模具压制成所需尺寸大小的陶瓷生坯片，随后用200MPa或以上的等静压冷压成压片；

③将所述的压片在800℃预烧4小时后，然后放入真空烧结炉中于1750～2150℃进行真空烧结3～30小时，获得致密的(Y_1-x-yRe_xZr_y)₂O₃透明陶瓷。

实验表明本发明具有以下优点：

1、可以制得接近氧化钇单晶透过率的高质量透明陶瓷；

2、ZrO₂的熔点为2715℃，在晶界生成高温固溶体，抑制晶界迁移，阻止晶粒异常长大，有效地加速气孔排除；

3、Zr⁴⁺离子取代Y³⁺离子，可以形成Y³⁺离子空位，增加缺陷浓度，进一步促进烧结。

4、在压制陶瓷生坯片过程中没有添加任何粘结剂，避免在烧结过程中由于粘结剂去除而形成气孔，利于透明性能的提高。

附图说明