[发明专利]Ho离子参杂倍半氧化物透明陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了Ho离子参杂倍半氧化物透明陶瓷及其制备方法，包括将Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;和含Ho离子的掺杂剂均按化学式(Hosubgt;x/subgt;Ysubgt;1‑x/subgt;)subgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;进行称重后混合，获得混合粉料，并使混合粉料依次经过球磨、烘干、研碎、过筛和煅烧处理，得到Ho:Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;粉体，其中，0.001≤x≤0.05；将Ho:Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;粉体进行成型处理，得到素胚；将素胚依次经过真空烧结、热等静压烧结、退火、抛光处理后，获得Ho:Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;透明陶瓷；热等静压烧结的升温升压过程为先将热等静压烧结温度升到目标温度，再对热等静压腔体增压，将热等静压腔体的压力升到目标压力；热等静压烧结的降温降压过程为先将热等静压烧结温度降低至1000℃以下，再对热等静压腔体泄压，将热等静压腔体的压力降为正常大气压。本发明能够降低透明陶瓷残存气孔率，提高可见光直线透过率。

技术领域

本发明涉及Ho离子参杂倍半氧化物透明陶瓷及其制备方法，属于透明陶瓷技术领域。

背景技术

工作在人眼安全波段的2 μm激光在大气遥感、医疗手术、激光雷达系统以及自由空间光通信（FSO）方面具有重要应用。

三价Ho³⁺离子由于其从激发态(⁵I₇)到基态(⁵I₈)的1.9–2.1μm跃迁及大的发射截面和长荧光寿命被广泛用于实现2 μm波段的激光输出。

Y₂O₃作为一种极具潜力的固体激光器增益介质具有优良的物理和化学特性，如宽范围的透明度（0.2-8 µm）和高耐腐蚀性，在激光性能方面又具有高热导率、高激光损伤阈值、低声子能量和低热膨胀系数的优点。

此外与其它增益介质相比，六配位的Y³⁺离子与六配位的Ho³⁺离子具有几乎完美匹配的离子半径（0.90 Å），两者较好的相容性将使Ho:Y₂O₃在热导率等影响激光性能的参数上不会发生恶化，Y₂O₃将更适合作为2μm波段的Ho³⁺离子激光器的增益介质。

传统上单晶体被用作固体激光器的增益介质，然而由于Y₂O₃熔点极高（2410℃），难以实现高光学质量的大尺寸单晶制备，在工艺上又不容易实现高浓度的稀土离子均匀掺杂。近些年来，陶瓷作为一种有前途的激光宿主材料出现，不同于单晶的制备工艺使其显示出了比单晶激光增益介质更多的优势，如低制造成本、活性离子的高浓度均匀掺杂、大尺寸特定形状定制、出色的机械强度和高导热性。采用陶瓷成型工艺结合烧结制度的调控，可在远低于材料熔点的烧结温度下（1400-1800℃）实现Y₂O₃陶瓷的透明化。另外，相比于单晶材料，Y₂O₃陶瓷的机械强度更高，而且制备周期更短，更适合大规模生产。在Y₂O₃陶瓷基质中掺杂入特定浓度的Ho³⁺离子，通过调整粉体制备工艺、陶瓷成型工艺、烧结制度、Ho³⁺离子掺杂浓度与特定后处理工艺可以在实现与Y₂O₃单晶相当的高光学质量的基础上获得最佳的激光性能输出。

当前，Ho:Y₂O₃透明陶瓷通常采用真空烧结结合热等静压烧结工艺。但是，如果烧结工艺控制不当，很容易在陶瓷中产生大量气孔，进而影响材料透过率和激光性能。因此，本申请提供Ho离子参杂倍半氧化物透明陶瓷及其制备方法。

发明内容