[发明专利]一种铒/钇掺杂氧化锆透明陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明属于透明陶瓷技术领域，具体涉及一种铒/钇掺杂氧化锆透明陶瓷及其制备方法和应用。本发明提供了一种铒/钇掺杂氧化锆透明陶瓷的制备方法，包括以下步骤：将化学组成为(Zrsubgt;1‑x‑y/subgt;Ersubgt;x/subgt;Ysubgt;y/subgt;)Osubgt;2/subgt;的纳米棒进行冷等静压成型，得到素坯；其中0.005≤x≤0.01，0.06≤y≤0.09；将所述素坯进行烧结，得到铒/钇掺杂氧化锆透明陶瓷，所述烧结的温度为500～600℃，压力为4～6GPa。本发明在中温高压的条件下烧结能够提高铒/钇掺杂氧化锆透明陶瓷的致密性，获得在可见光光波段和近红外光波波段均具有较高的光学透过率的铒/钇掺杂氧化锆透明陶瓷。

技术领域

本发明属于透明陶瓷技术领域，具体涉及一种铒/钇掺杂氧化锆透明陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

以氧化钇(Y₂O₃)作为稳定剂的立方相ZrO₂透明陶瓷(YSZ)因其独特的光学性质被广泛应用。例如：由于YSZ透明陶瓷具有高的折射率，用于光学镜头能够有效减小透镜的焦距长度，满足现代光学器件小型化的发展要求；同时，YSZ透明陶瓷对中红外波段具有较低的吸收率，且具有较高的硬度，可用于红外窗口材料；除此之外，掺杂稀土元素的YSZ透明陶瓷具有较低的声子能量(约430～500cm^-1)和不易吸潮等特点，因此在YSZ中添加稀土离子(Er³⁺、Tm³⁺、Nd³⁺)能够用作发光陶瓷或激光陶瓷。然而现有的YSZ透明陶瓷具有较低的可见光透过率限制了YSZ透明陶瓷在激光材料、照明材料、荧光传感材料领域的应用。

早在上世纪八十年代，Tsukuma等人首次报道了通过以TiO₂作为烧结助剂，在1630℃烧结7h后，再经1500℃、100MPa热等静压0.5h，最后在1200℃退火后制备出了YSZ透明陶瓷，但是该陶瓷在可见光和近红外光波波段的透过率均不高(J.Mater.Sci.Lett.1986,5:1143-1144)。2012年，Lei等人通过甘氨酸-硝酸盐-高能球磨法制备出了YSZ纳米粉末，再通过放电等离子烧结法在1200～1350℃烧结5min，制备出了YSZ透明陶瓷，但其在可见光范围内透过率较低(30％)(Ceramics International 2012,38:23-28)。2019年，Dash等通过在1100℃放电等离子烧结后，再经1100℃热等静压制备了YSZ透明陶瓷，但其在可见光波长范围内直线透过率低于50％(J.Eur.Ceram.Soc.2019,39:1428-1435)。现有的YSZ透明陶瓷的制备方法主要为放电等离子烧结法、热等静压法或将两种方法进行结合。虽然现有技术将放电等离子烧结法和热等静压法进行结合后能够提高透明陶瓷的致密度，从而提高了透明陶瓷的可见光透过率。但是经过这种方法制备得到YSZ透明陶瓷的透光率还是难以满足激光材料、照明材料、荧光传感材料领域对透明陶瓷透光率的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种铒/钇掺杂氧化锆透明陶瓷及其制备方法和应用，按照本发明提供的制备方法制备得到的铒/钇掺杂氧化锆透明陶瓷在可见光光波段和近红外光波波段具有较高的光学透过率。

本发明提供了一种铒/钇掺杂氧化锆透明陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

将化学组成为(Zr_1-x-yEr_xY_y)O₂的纳米棒进行冷等静压成型，得到素坯；其中0.005≤x≤0.01，0.06≤y≤0.09；

将所述素坯进行烧结，得到铒/钇掺杂氧化锆透明陶瓷，所述烧结的温度为500～600℃，压力为4～6GPa。

优选的，所述冷等静压成型的压力为200～400MPa，时间为1～5min。