[发明专利]一种具有高烧结活性的氧化钇基粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化钇基粉体及其制备方法，属于材料科学技术领域。

背景技术

氧化钇是立方晶系晶体，具有熔点高、化学和光化学稳定性好、热导率高等优点，并且在0.23～8.0 μm的光学透明性好，是作为固体激光介质材料的重要基质材料。氧化钇透明陶瓷在宽广的频率范围内，特别是在红外区域，具有80%以上的理论透过率，因此常被用作各种检测设备和能源窗口；由于其耐火度高，还可作高温炉的观察窗以及透镜。此外，氧化钇透明陶瓷可用于微波基片、耐磨表面材料、红外发生器管、天线罩等，在半导体行业具有重要的应用价值。

粉体的制备是生产高质量透明陶瓷的前提和关键，颗粒大小均匀、形状一致、分散性好的亚微米粉体对透明陶瓷的制备具有重要意义。国内外已有大量文献报道不同方法制备氧化钇粉体，如杨秋红等（硅酸盐学报，2010，28(6)：1098-1101）采用传统固相法合成氧化镧改性的氧化钇粉体，制备了高光学质量的氧化镧钇透明陶瓷；Dordevic等（Journal of Physics and Chemistry of Solid，2014，75：1152-1159）采用PCS法（一种改进的燃烧法）制备了高掺杂的氧化镧钇粉体；Ivanov等（Journal of Rare Earths，2014，32(3)：254-258）采用水分蒸发法合成掺镱氧化镧钇粉体。目前，国内外的研究基本上都是通过固相法或者湿化学法制备助剂（氧化镧）掺杂的氧化钇粉体，然后烧结成陶瓷；在上述制备过程中，氧化镧是均匀掺杂在氧化钇中的，由此制备的粉体虽然具有较强的烧结活性，但由于大量氧化镧助剂的加入容易引起晶格畸变，从而导致光学性能出现下降。因此，在添加少量烧结助剂的情况下，制备获得高烧结活性的氧化钇基粉体，对提高氧化钇陶瓷的烧结性能与光学性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高烧结活性的氧化钇基粉体及其制备方法，通过在氧化钇颗粒表面包覆(Y,La,Zr)₂O₃相形成核壳结构，使氧化钇基粉体具有较低的烧结温度、较高的烧结活性。

本发明的具有高烧结活性的氧化钇基粉体，其特征在于它具有核壳结构，核层为Y₂O₃相、壳层为(Y_1-x-yLa_xZr_y)₂O₃相，其中0.04 ≤ x ≤ 0.1，0 ≤ y ≤ 0.05，壳层物质与核层物质的摩尔比为0.01～0.2:1。

本发明的具有高烧结活性的氧化钇基粉体的制备方法，包括以下步骤：

(1)按核层物质的量称取钇的化合物溶解在去离子水中，获得0.1～3 mol/l的去离子水溶液；

(2)将上述钇的去离子水溶液放置在密闭容器中，然后升温到150～250 ℃保温2～8小时，随后冷却至室温，获得具有沉淀物的溶液；

(3)按壳层组成物中各元素的比例，将钇的化合物、镧的化合物以及锆的化合物加入到步骤(2)得到的有沉淀物的溶液中，使加入的钇镧锆的化合物溶解并混合搅拌均匀；在搅拌的同时滴加氨水，调节溶液的pH值在9～11；过滤，用去离子水冲洗获得的沉淀物；

(4)球磨步骤(3)得到的沉淀物并烘干，再置于900～1300 ℃保温2～8小时，得到具有高烧结活性的氧化钇基粉体。

本发明中，所述的钇的化合物可以为硝酸钇、氯化钇和醋酸钇中的一种或几种；所述的镧的化合物可以为硝酸镧、氯化镧和醋酸镧中的一种或几种；所述的锆的化合物可以为氧氯化锆、硝酸锆和醋酸锆中的一种或几种。