[发明专利]一种以天然萤石矿物为原料制备多晶透明陶瓷的方法

说明书

本发明公开了一种以天然萤石矿物为原料制备多晶透明陶瓷的方法，步骤如下：1）选择天然萤石矿物为原料，将矿物粉磨成粒度小于100μm的细粉；2）选用石墨模具，在模具中垫衬石墨纸，将步骤1）得到的萤石矿粉装入模具中，石墨纸将模具与粉体隔离开；3）将装填好的石墨模具放入真空热压炉中进行烧结；4）烧结结束后将陶瓷取出，进行双面抛光处理，即得到多晶透明陶瓷材料。与现有制备氟化物多晶透明陶瓷技术相比，本发明选用天然萤石矿物为原料，通过矿物粉磨‑烧结‑后处理等工艺过程，制备多晶陶瓷材料。其优点在于：本发明操作简单，无人工合成氟化物粉体流程，简化了多晶透明陶瓷的制备工艺，并对环境无污染，绿色环保。

技术领域

本发明涉及多晶透明陶瓷制备的领域，具体为一种以天然萤石矿物为原料，制备多晶透明陶瓷的方法。

背景技术

萤石是一种极具战略意义的无机非金属矿产资源，具有广泛的工业用途。中国萤石矿床分布广泛，主要分布于浙江、湖南、江西、福建、河南和内蒙古等地区。萤石矿产资源的高效利用与开发，对于现代工业的发展具有非常重要的作用。随着世界经济快速发展，矿产资源需求与消耗量不断攀升，包括萤石在内的矿产资源的应用日益受到重视。合理开发我国萤石资源，增加矿产制品的附加值，定能取得巨大的经济效益。

萤石的主要成分是氟化钙（CaF₂），自然形成的萤石矿物常显鲜艳的颜色，而纯净的萤石则为无色透明。氟化钙作为一种性能优异的光学材料，具有良好的化学稳定性和高透光性等特性，在紫外光刻、天文观测、侦查及高性能光学仪器中得到广泛应用。然而天然形成的光学萤石矿物因尺寸较小，限制了其在各领域的应用。

多晶透明陶瓷是20世纪中期发展起来的一类陶瓷材料，不仅具有陶瓷固有的耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度等特点，还具有与玻璃相近的光学性质。基于多晶透明陶瓷这些优异的特性，许多国家对此类陶瓷材料进行了深入的研究，并开发出一系列应用于激光、照明、医疗器械以及国防等重要科技领域的透明陶瓷。多晶透明陶瓷也因其制备工艺简单，成为获得大尺寸光学材料的一条非常有吸引力的途径。

多晶透明陶瓷的制备工艺与其他功能陶瓷材料制备工艺相似，但其工艺又具有其自身独有的特点，特别是在原料制备与陶瓷烧结两个阶段。多晶透明陶瓷的制备要求在各个工艺流程中将气孔、杂质及第二杂相等各种会对光线造成散射与吸收的缺陷降到最低。为降低多晶陶瓷的缺陷浓度，多选用人工合成的高纯粉体为多晶透明陶瓷制备的原料。2009年，P. Aubry等以共沉淀法合成的Yb:CaF₂纳米粉体为原料，制备出Yb:CaF₂透明陶瓷，样品在1200 nm波长处的透过率为55%（参见文献P. Aubry, A. Bensalah, P. Gredin, etal. Synthesis and optical characterizations of Yb-doped ceramis[J]. OpticalMaterials, 2009, 31: 750-753.）。

目前制备CaF₂等氟化物多晶透明陶瓷材料所选用的原料，是人工合成的高纯氟化物纳米粉体，还未见以天然萤石矿物为原料制备氟化物多晶透明陶瓷材料的研究成果，因此，提供一种以天然萤石矿物为原料制备多晶透明陶瓷的方法，是一个值得研究的方法。

发明内容

为了拓宽萤石矿物的应用领域及制备氟化物多晶透明陶瓷的原料来源，本发明提供了一种以天然萤石矿物为原料制备多晶透明陶瓷的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种以天然萤石矿物为原料制备多晶透明陶瓷的方法，其具体步骤包括：

1）天然萤石矿物的粉磨：选择天然萤石矿物为原料，将矿物粉磨成细粉；

2）粉末原料装样：选用石墨模具，在模具中垫衬石墨纸，将步骤1）得到的萤石矿粉装入模具中，石墨纸将模具与粉体隔离开；