[发明专利]一种基于AM凝胶注模成型制备均匀YAG透明陶瓷素坯的方法

说明书

本发明公开了一种基于AM凝胶注模成型制备均匀YAG透明陶瓷素坯的方法，步骤是：分别称量Y₂O₃粉体、Al₂O₃粉体作为陶瓷粉体；将陶瓷粉体、烧结助剂、分散剂A、磨球、无水乙醇按一定比例混合球磨，得混合浆料；将所述混合浆料烘干，并过筛，煅烧，得到凝胶注模成型的原料粉；将去离子水、丙烯酰胺、交联剂、分散剂B、磨球和所述原料粉按一定比例混合球磨，调节体系pH值为9～11，制得陶瓷浆料；用高速公转真空脱泡搅拌机进行脱泡处理，同时输入凝胶所需的能量；向真空脱泡后的浆料中加入引发剂，充分搅拌后，注入模具成型，凝胶固化得到均匀性好的凝胶体，经干燥、排胶，得到YAG陶瓷素坯。本发明的制备工艺简单环保，制得的陶瓷素坯致密性均匀性好。

技术领域

本发明属于先进陶瓷领域，涉及一种陶瓷凝胶成型制备素坯的方法，具体涉及一种基于AM凝胶注模成型制备均匀YAG透明陶瓷素坯的方法。

背景技术

YAG陶瓷具有良好的物理化学性质和稳定的立方晶体结构。它具有强度高、耐腐蚀性强、稳定的物理化学性能等特点，并对可见光和红外光均有良好的透过性。同时，Y³⁺离子与镧系稀土离子的离子半径相近，Al³⁺离子与过渡金属离子的离子相近，易于实现宽范围离子取代，并且不存在电荷补充问题；较低的声子能量，其能够有效抑制无辐射跃迁，有利于提升激光输出效率。这些性质使其被广泛应用于激光器基质材料，还可用于制作高温可见光和红外窗口。因此，制备高高光学质量的YAG透明陶瓷具有广泛应用于激光器基质材料，还可用于制作高温可见光和红外窗口。因此，制备高光学质量的YAG透明陶瓷具有广阔的应用前景，是光学材料科学研究的热点之一。

在YAG透明陶瓷素坯的成型过程中，凝胶注模成型具有高素坯强度可机加工、净几尺寸、便于成型复杂形状和复合结构等优势。其中以美国橡树岭实验室发明的丙烯酰胺体系(AM)最具代表性，现今已工业化。然而目前的凝胶注模诱导凝胶的方法一般分为催化剂、固化剂和加热等方法。例如：专利CN107759230A公开了一种采用了四甲基乙二胺作为催化剂制备增韧陶瓷的方法。专利CN106007709A公开了一种采用3,3-二氨基二丙铵作为固化剂来凝胶固化提高陶瓷强度的制备方法。专利CN108329028A则公开了一种采用缓慢加热使温度升至50±2℃来凝胶固化YAG透明陶瓷素坯的方法。

然而，传统的凝胶固化的方法即无论加热或催化剂诱导凝胶，一般诱导期都较短，都会由于局部温度、浓度过高，存在梯度效应，造成温度高或浓度大的部分先发生凝胶固化反应，导致凝胶过程的不均匀，引起后期凝胶收缩的不一致产生内应力，在后期干燥过程中这些内应力将得到进一步放大从而形成变形、开裂等各种缺陷，非常不利于YAG陶瓷素坯的成型质量，影响烧结后的光学质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于AM凝胶注模成型制备均匀YAG透明陶瓷素坯的方法，工艺简单环保，且制得的陶瓷素坯致密性均匀性好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于AM凝胶注模成型制备均匀YAG透明陶瓷素坯的方法，具体步骤如下：

步骤一、按照化学式Y₃Al₅O₁₂中各元素的化学计量比分别称量Y₂O₃粉体、Al₂O₃粉体作为陶瓷粉体；

步骤二、将称量好的陶瓷粉体、烧结助剂、分散剂A、磨球、无水乙醇按一定比例混合球磨，得混合浆料；

步骤三、将所述混合浆料烘干，并过200目筛，然后将过筛后的粉体置于马弗炉中煅烧，得到凝胶注模成型的原料粉；

步骤四、将去离子水、有机单体丙烯酰胺、交联剂、分散剂B、磨球和所述原料粉按一定比例混合球磨，用pH调节剂调节体系pH值为9～11，制得固含量45～55vol.％的陶瓷浆料；