[发明专利]Er3+和Nd3+共掺的氧化镧钇闪烁透明陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Er³⁺和Nd³⁺共掺的氧化镧钇闪烁透明陶瓷材料的制备方法，属于特种陶瓷制造工艺技术领域。

背景技术

近年来，3um激光材料受到国内外的高度重视。3um波段的激光位于大气的2个传输窗口（1-3um，3-5um）内，并且覆盖了许多重要的分子特征谱线。因此，在遥感、测距、环境监测、生物工程和医疗等领域有着广泛的应用。军事上，随着光电技术和信息技术的迅速发展，用光波作为“炮弹”的光电对抗武器装备及其技术，得到了迅速发展，成为世界各国军事竞争的重要焦点。激光红外定向干扰是用于对抗下一代红外凝视焦平面探测器制导的红外导弹。红外定向干扰机在国内外海军和陆军的光电对抗中同样发挥着非常重要的作用。因此，机载干扰激光器，可发出3-5um红外激光源的激光器的开发和研究具有重要的军事意义。3um波段激光在医疗上也有广泛的应用。值得一提的是Er³⁺离子在3um附近激光被称为皮肤科、外科、牙科的黄金激光。因为生物组织70%以上为水分，水分对2.8um激光的吸收是2.1um激光的两百倍，是1.06um激光的一万倍。基于该特点，利用它可以进行极为精确的切割和软组织切除手术，对邻近组织的热扩散和机械损伤极小。

Y₂O₃属立方晶系，无双折射现象，热导率高，为YAG（钇铝石榴石）的两倍多，是一种优良的固体闪烁基质材料。因此，Er³⁺:Y₂O₃被广泛的用在3um激光发射等领域。但是由于Y₂O₃的熔点高达2430℃，且在2280℃附近会发生立方相向六方相的多晶转变，因而难以生长出大尺寸和高光学质量的Y₂O₃单晶。随着陶瓷制备技术及纳米制粉技术的发展，Y₂O₃透明陶瓷的烧结温度可降低为1700℃左右。此外，由于La₂O₃的加入，可以加速气孔的排除，降低透明陶瓷烧结温度并且有效抑制陶瓷晶粒过分长大，因此Er³⁺掺杂的氧化镧钇透明陶瓷是一种性能优良的闪烁材料。

此外，由于Er³⁺与Nd³⁺之间存在有效的能量传递，可以有效的调节Er³⁺的2.7um荧光输出。所以Er³⁺-Nd³⁺共掺的材料得到广泛的研究，尤其在Er³⁺-Nd³⁺共掺的碲酸盐和磷酸盐玻璃中，Er³⁺的2.7um荧光输出得到有效的调节。由于在Y₂O₃基质中，Er³⁺与Nd³⁺之间的有效能量转，使得2.7um荧光输出得到一定的抑制。目前，Er³⁺-Nd³⁺共掺的材料应用比较广泛的是玻璃和晶体。但是，由于玻璃的受激发射界面较小，热导率和热损伤阈值也很小，限制其连续使用，对于晶体，其荧光寿命（2-4ms）相对较短，晶体生长困难，难以加工成大尺寸，制备成本高。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种Er³⁺和Nd³⁺共掺的氧化镧钇闪烁透明陶瓷材料的制备方法，采用固相烧结法制备Er³⁺-Nd³⁺共掺的氧化镧钇透明陶瓷材料。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Er³⁺和Nd³⁺共掺的氧化镧钇闪烁透明陶瓷材料的制备方法，具有以下的工艺过程和步骤：

a.采用高纯99.99%Y₂O₃，99.99%Er₂O₃，99.99%Nd₂O₃和99.99%La₂O₃为原料，四者的摩尔比按化学式（Nd_0.02Er_0.02Y_0.86La_0.1）₂O₃进行称量配料；