[发明专利]一种通过合成稀土掺杂Y2O3纳米粉体制备稀土掺杂钇铝石榴石透明陶瓷的方法

说明书

技术领域

    本发明主要一种制备稀土掺杂钇铝石榴石透明陶瓷的方法，尤其涉及一种通过合成稀土掺杂Y₂O₃纳米粉体制备稀土掺杂钇铝石榴石透明陶瓷的方法。

背景技术

钇铝石榴石(YAG)属于立方晶系，具有良好的光学性能，是一种重要的激光基质材料。YAG单晶中掺杂Nd3+，Ho3+，Tm3+，Cr4+，Yb3+，Eu3+，Er3+，Sm3+，Ce3+ 等稀土激活离子可以实现激光输出。但是YAG单晶材料制备周期长、尺寸较小、掺杂浓度低，使得其应用受到很大限制。与YAG单晶相比，YAG多晶陶瓷的优势在于能够做到大尺寸制备并实现高功率激光输出，能实现激活离子的高浓度、均匀掺杂，未来有望替代单晶材料。1995年，日本的A.Ikesue 等人通过高能球磨来混合亚微米级的Al2O3、Y2O3和Nd2O3 粉体，再利用固相反应法和真空烧结的手段，首次获得高质量的Nd:YAG 透明陶瓷，实现了激光输出并获得了与单晶相近的激光性能（Fabrication and Optical-Properties of High-Performance Polycrystalline Nd-YAG Ceramics for Solid-State Lasers，J. Am. Ceram. Soc.，1995）。随后，日本神岛化学公司利用化学共沉淀法制备出高活性的YAG纳米粉体（Jpn Patent 10-101333，1998-4-21；Jpn Patent 10-101411，1998-4-21），结合注浆成型的工艺，获得了尺寸达到115×115×22mm的大体积的Nd:YAG透明陶瓷（Characterizations and laser performances of highly transparent Nd3+ : Y3Al5O12 laser ceramics，Optical Materials，2007），实现了67kW的准连续激光输出。国内在2004年 ,东北大学孙旭东教授采用固相反应工艺，得到了高透光的 Nd∶YAG陶瓷 ,其在可见光区最大透光率达 63 % ,在红外光区的透光率接近70 %（Synthesis of nanocrystalline yttria powder and fabrication of transparent YAG ceramics，J. Eur. Ceram. Soc., 2004）。上海硅酸盐研究所通过球磨法也获得了高质量的稀土掺杂YAG透明陶瓷，并在在国内首次实现 Nd∶YAG透明陶瓷的激光输出（Fabrication, Microstructure and properties of highly transparent Nd : YAG laser ceramics，Optical Materials，2008）。

目前比较成熟的YAG透明陶瓷的制备方法有固相法和液相法两种。固相法是指通过高能球磨将氧化物粉末研磨之纳米尺寸并充分混合，然后再进行真空固相反应烧结获得YAG陶瓷；液相法是直接通过共沉淀法制备纳米YAG粉末，再进行真空烧结。固相法工艺简单，利于批量生产，但是固相法需要通过高能球磨来研磨粉体，容易引入大量杂质。液相法制备的粉体分散性好、烧结性高，但是工艺复杂，耗时长，成分容易偏析，制备条件苛刻。

发明内容

本发明目的就是提供一种通过合成稀土掺杂Y₂O₃纳米粉体制备稀土掺杂钇铝石榴石透明陶瓷的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种通过合成稀土掺杂Y₂O₃纳米粉体制备稀土掺杂钇铝石榴石透明陶瓷的方法，包括以下步骤：