[发明专利]一种钕离子掺杂钠钙硅系激光玻璃陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料科学领域，特别涉及一种透明玻璃陶瓷激光工作物质材料及其制备方法。

背景技术

激光，英文为Laser(Light Amplification by Stimulated Emission ofRadiation)，即受激辐射光放大，它是一种有着广泛应用的崭新光源。激光是由激光器产生的特种光，根据工作物质的不同，激光器可分为气体、液体、固体以及半导体等四大类。在固态激光器中，激光工作物质主要有单晶和玻璃两类。玻璃和单晶作为激光基质材料各有其优缺点：单晶热导率高、增益高，适用于连续和高重复激射，缺点是制备工艺复制、成本高、掺杂浓度低；玻璃荧光谱线宽、物理参数可调、制备工艺简单、成本低、掺杂浓度高、可做成大尺寸，适用于高能脉冲激射，缺点是热导率低，抗热冲击性能较差。玻璃陶瓷(Glass-ceramics)是介于陶瓷和玻璃之间的一种新型材料，它能够集合单晶及玻璃的优势，有望在微芯片激光器、光纤放大器和高功率二极管抽运固态激光器领域成为新一代的激光工作物质材料。关于玻璃陶瓷激光工作物质材料的研究国内外已有相关报道，主要集中在氟氧化物体系、硫卤化物体系等，本发明所涉及的稀土离子掺杂Na₂O-CaO-SiO₂系透明玻璃陶瓷激光工作物质材料，根据Web of Science的检索结果在激光领域从未有过相关的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土离子(Nd³⁺)掺杂Na₂O-CaO-SiO₂系透明玻璃陶瓷激光工作物质材料及其制备方法。该Nd³⁺掺杂Na₂O-CaO-SiO₂系透明激光玻璃陶瓷材料具有生产工艺简单、成本低、掺杂浓度高和荧光强度高等特点。

本发明是通过以下的技术方案实现的：

Nd³⁺掺杂Na₂O-CaO-SiO₂系透明激光玻璃陶瓷的原料组分及含量(质量百分比，下同)为：Na₂O 17.5～20.0％；CaO 26.5～28.0％；SiO₂45.5～50.0％；TiO₂+ZrO₂ 4.0～5.0％，Sb₂O₃+NH₄NO₃ 3.0～5.0％，Nd₂O₃ 1.0～5.0％。

Nd³⁺掺杂Na₂O-CaO-SiO₂系透明激光玻璃陶瓷的制备方法为：

按上述Nd³⁺掺杂Na₂O-CaO-SiO₂系透明激光玻璃陶瓷原料的组分及含量进行配料，在行星球磨机中均匀混料2～3小时，于1450℃熔融3～4小时，浇铸成型。将成型后的玻璃体于450～500℃保温1～2小时退火消除内应力，然后进行晶化处理，得到透明激光玻璃陶瓷样品，进行性能测试。

该Nd³⁺掺杂Na₂O-CaO-SiO₂系透明激光玻璃陶瓷和相同化学组成的基质玻璃相比，荧光强度提高了50％左右，厚度为2mm的激光玻璃陶瓷在可将光区透过率达75％，在近红外光的透过率大于80％。

本发明提供的一种Nd³⁺掺杂Na₂O-CaO-SiO₂系透明激光玻璃陶瓷集单晶和玻璃的优异性能于一身，与单晶基质相比，该透明激光玻璃陶瓷材料生产工艺简单、成本低、参杂浓度高；与玻璃基质相比，由于基质玻璃中微晶相得析出提高了材料的热导率和抗热震性能。同时，由于发光离子有选择地进入微晶相中，使得材料具有似晶体的光谱特征，荧光谱线变窄、荧光强度变强。

附图说明

图1是原始玻璃及热处理后玻璃陶瓷的荧光发射曲线

具体实施方式

实施例1