[发明专利]Er3+和Tm3+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Tm³⁺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，3um波段激光的大气传输特性好，对战场烟雾穿透能力强，保密性好，对人眼也极为安全，可实现激光二极管泵浦小型化，因此这种激光器在军事上有重要的应用前景。同时，2um激光器具有量子缺损小，转换效率高的特点，是获得3-5um光学参数震荡器最适宜的抽运源，因此在激光制导、激光定向红外干扰、激光通讯等方面的应用而显得越来越重要。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Tm³⁺之间存在有效的能量传递，可以使Er³⁺的2.7um荧光输出更加高效。所以Er³⁺-Tm³⁺共掺的材料得到广泛的研究，尤其在Er³⁺-Tm³⁺共掺的碲酸盐和磷酸盐玻璃中，Er³⁺的2.7um荧光输出明显增强。由于在Y₂O₃基质中，Er³⁺与Tm³⁺之间的有效能量转，使得2.7um荧光输出明显增强。目前，Er³⁺-Tm³⁺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Tm³⁺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⁺-Tm³⁺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Tm³⁺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%Tm₂O₃和99.99%La₂O₃为原料，四者的摩尔比按化学式（Tm_0.02Er_0.02Y_0.86La_0.1）₂O₃进行称量配料；