专利名称：一种铪酸镧钇透明陶瓷的制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种铪酸镧钇透明陶瓷的制备方法，属于透明陶瓷领域。
背景技术：
透明陶瓷兼有陶瓷材料固有的高強度、高绝缘、耐高温、耐腐蚀等特性和玻璃材料的光学性能，其应用领域非常广泛。相比单晶，透明陶瓷可以根据器件应用要求较方便地实现高浓度离子的均勻掺杂，避免由于晶体生长エ艺限制所造成的掺杂浓度低、分布不均勻的状況。另外，透明陶瓷的制备温度远低于单晶的制备温度，对于ー些高熔点的材料尤其具有实际意义。透明陶瓷已成为ー种重要的光学材料，在高温视窗、辐射探測、激光介质等领域得到了应用。目前已制备出了 YAG:NdA. Ikesue, Τ. Kinoshita, K. Kamata，K. Yoshida, J. Am. Ceram. Soc. ，1995,78 (4) :1033-1037. Y203:NdJi. Lu, Ju. Lu, Τ. Murai , et al. , Jpn. J. Appl.Phys. , 2001,40 (12A) :L1277_1283等激光陶瓷，以及(Y, GcD2O3: EuU. S. P. 4421671，Gd3Ga5O12: (Cr, Ce)U. S. P. 5318722，SrHf03:CeH. Re ' tot, A. Bessie're，A. Kahn-Harari，B. Viana，Optical Materials (2007)等闪烁体陶瓷。中国专利CN1587187采用燃烧法制粉，热等静压或氢气氛烧结等方法制备出了铪酸镧透明陶瓷，。 目前激光陶瓷还处于试制阶段，而ー些闪烁陶瓷已逐步用于医学X-CT探測器。铪酸镧钇具有高熔点、高密度、高有效原子序数特点和高射线吸收能力；掺杂激活稀土离子后可以作为高吸收重闪烁体材料用在辐射探测领域。由于铪酸盐化合物的熔点很高，使得其单晶材料的制备非常困难，因而铪酸镧钇透明陶瓷材料的研制显得尤为重要。受本身的烧结性能和烧结方法等限制，目前还没有铪酸镧钇透明陶瓷的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种具有较高折射率的铪酸镧钇透明陶瓷及其制备方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是ー种铪酸镧钇透明陶瓷，其化学组成为LaxYhHf2O7 ；其中，0. 4彡X彡1. 6上述化学式LaxYhHf2O7中，右下标数字及字母均表示分子中相应化学元素间的摩尔比例关系。本发明所提供的化学组成为LaxYhHf2O7的铪酸镧钇与钇掺杂的铪酸镧有着本质上的区別，它是ー种立方结构的铪酸镧钇化合物，钇是作为ー种化合物化学組成成分存在， 不是ー种掺杂成分。本发明所提供的铪酸镧钇透明陶瓷具有较高的折射率，其折射率的范围为2. 0 2.06。高折射率的透明陶瓷在光学上有重要的应用前景。本发明还进ー步公开了上述铪酸镧钇透明陶瓷的制备方法，包括粉料的制备、成型、烧结和退火热处理工艺等步骤1)粉料的制备采用固相法制备化学组成为LaxYhHf2O7的铪酸镧钇粉体；
2)成型将步骤1)所得粉体在5 20MPa下干压成型为素坯，再将所得素坯在 180 230MPa进行冷等静压处理；3)烧结将步骤2)处理后的样品先于800 1100°C预烧2 4h，然后在真空或氢气气氛条件下于1800 2000°C下烧结4 10h，随炉冷却；4)退火热处理将步骤3)烧结后的样品在空气气氛中于1400 1600°C下退火热处理2 IOh。所述固相法制备化学组成为LaxYhHf2O7的铪酸镧钇粉体的步骤为以Hf02、Y2O3 和La2O3为原料，按化学计量比例称量后进行球磨12 20h，再于70 100°C干燥5 10h， 过筛得到粉体。所述球磨以无水乙醇和纯氧化锆球为介质。步骤幻中，所述干压成型和冷等静压处理均于室温下进行。较佳的，步骤幻中，所述干压成型和冷等静压处理的时间均为1 3分钟。所述冷等静压成型是指常温下的等静压成型。较佳的，步骤3)中，所述真空条件为真空度大于5. OX 10_ヤム与现有技术相比，本发明的有益效果是1.粉体制备エ艺简单，可控性好，无需烧结助剂，烧结条件相对较简単，易于操作和生产。2.铪酸镧钇透明陶瓷内扫描电镜观察不到气孔，晶粒之间结合紧密。3.经过双面抛光的Imm厚样品在可见光范围(380 780nm)的透过率可达到 75%。4.铪酸镧钇透明陶瓷具有很高的密度(> 7. 4g/cm3)。5.铪酸镧钇透明陶瓷具有高折射率、高熔点、高密度和高有效原子序数，在信息探测、激光介质、高温视窗等领域具有潜在的应用前景。
图1为本发明所述方法制得的经过双面抛光后的直径16mm，厚Imm的不同X值的铪酸镧钇(LaxY2_xHf207)透明陶瓷照片，表明其在可见光波段是透明的。图2为本发明所述方法制得的不同X值的铪酸镧钇(LaxYhHf2O7)透明陶瓷X射线衍射图谱，表明其为纯净的立方结构铪酸镧钇。图3为本发明所述方法制得的不同X值的铪酸镧钇(IAJhHf2O7)透明陶瓷的透过率曲线，横坐标为波长，纵坐标为透过率，样品为经双面抛光后直径16mm，厚Imm的铪酸镧钇陶瓷片。图4为本发明所述方法制得的IAlJuHf2O7透明陶瓷断ロ(a)和表面(b)的SEM 照片，未观察到气孔，晶粒之间结合紧密，具有典型的透明陶瓷的微结构特征。图5为本发明所述方法制得的IAl8YuHf2O7透明陶瓷透过率曲线。
具体实施例方式实施例1 采用的原料为HfO2 (99. 9% ), Y2O3 (99. 995% ), La2O3 (99. 99% ) 首先将三种原料
4按摩尔配比分别为 HfO2 Y2O3 La2O3 = 2 (l_x/2) χ/2 (χ = 0.4,0.8,1.0,1.6) ^量放入球磨罐中以无水乙醇和纯氧化锆球为介质球磨20h，70°C干燥10h，过200目筛得到粉体。然后将过筛的粉体用钢模(常温、20MPa下保压1分钟)干压再经冷等静压(常温、200MI^下保压3分钟)压制成素坯。将得到素坯首先在马弗炉中1000°C预烧池，然后在真空条件下烧结，烧结温度1900°C，真空度大于5. OX 10_3Pa，保温时间6h，随炉冷却。最后将烧结后的样品在空气气氛中1600°C退火热处理证。双面抛光得到的铪酸镧钇透明陶瓷如图1所示，其相应的XRD图谱透过率曲线分别如图2和图3所示。从断口和表面的SEM照片分析可见，IAl8YuHf2O7透明陶瓷的晶粒尺寸较均勻，平均粒径大概为lOum，晶粒之间结合紧密，观察不到气孔，如图4所示。实施例2 采用的原料为HfO2 (99. 9% ), Y2O3 (99. 995% ), La2O3 (99. 99% ) 首先将三种原料按摩尔配比HfO2 Y2O3 La2O3 = 1 0. 6 0. 4称量放入球磨罐中以无水乙醇和纯氧化锆球为介质球磨20h，70°C干燥10h，过200目筛得到粉体。然后将过筛的粉体用钢模(常温、20MPa下保压1分钟)干压再经冷等静压(常温、200MPa下保压3分钟)压制成素坯。将得到素坯首先在马弗炉中1000°C预烧池，然后在真空条件下烧结，烧结温度1950°C，真空度大于5. OX 10_3Pa，保温时间6h，随炉冷却。最后将烧结后的样品在空气气氛中1600°C退火热处理证。制得的IAl8YuHf2O7透明陶瓷可见光波段透过率> 70%，透过率曲线如图5a所不。实施例3 采用的原料为HfO2 (99. 9% ), Y2O3 (99. 995% ), La2O3 (99. 99% ) 首先将三种原料按摩尔配比HfO2 Y2O3 La2O3 = 1 0. 6 0. 4称量放入球磨罐中以无水乙醇和纯氧化锆球为介质球磨20h，70°C干燥10h，过200目筛得到粉体。然后将过筛的粉体用钢模(常温、20MPa下保压1分钟)干压再经冷等静压(常温、200MPa下保压3分钟)压制成素坯。将得到素坯首先在马弗炉中1000°C预烧池，然后在真空条件下烧结，烧结温度1850°C，真空度大于5. OX 10_3Pa，保温时间6h，随炉冷却。最后将烧结后的样品在空气气氛中1600°C退火热处理证。制得的IAl8YuHf2O7透明陶瓷可见光波段透过率> 70%，透过率曲线如图5b所示。实施例4采用的原料为HfO2 (99. 9% ), Y2O3 (99. 995% ), La2O3 (99. 99% ) 首先将三种原料按摩尔配比HfO2 Y2O3 La2O3 = 1 0. 6 0. 4称量放入球磨罐中以无水乙醇和纯氧化锆球为介质球磨12h，10(TC干燥证，过200目筛得到粉体。然后将过筛的粉体用钢模(常温、5MPa下保压3分钟)干压再经冷等静压(常温、ISOMPa下保压3分钟)压制成素坯。将得到素坯首先在马弗炉中110(TC预烧2h，然后在真空条件下烧结，烧结温度1800°C，真空度大于5.0X10_3Pa，保温时间10h，随炉冷却。最后将烧结后的样品在空气气氛中1600°C退火热处理池。制得LEtaJuHf2O7透明陶瓷。实施例5采用的原料为HfO2 (99. 9% ), Y2O3 (99. 995% ), La2O3 (99. 99% ) 首先将三种原料按摩尔配比HfO2 Y2O3 La2O3 = 1 0. 6 0. 4称量放入球磨罐中以无水乙醇和纯氧化锆球为介质球磨20h，70°C干燥10h，过200目筛得到粉体。然后将过筛的粉体用钢模(常温、20MPa下保压1分钟)干压再经冷等静压(常温、230MPa下保压1分钟)压制成素坯。将得到素坯首先在马弗炉中800°C预烧4h，然后在真空条件下烧结，烧结温度2000°C，真空度大于5.0\10_节3，保温时间41!，随炉冷却。最后将烧结后的样品在空气气氛中1600°C退火热处理IOh。制得LEta8Y1^Hf2O7透明陶瓷。上述实施例所得铪酸镧钇透明陶瓷的各项性能测试结果如表2所示表2铪酸镧钇透明陶瓷的性能测试结果
权利要求
1.ー种铪酸镧钇透明陶瓷，其化学组成为LaxYhHf2O7 ；其中，0. 4彡X彡1. 6。
2.如权利要求1所述的铪酸镧钇透明陶瓷，其特征在干，所述铪酸镧钇透明陶瓷的折射率的范围为2.0 2. 06。
3.如权利要求1-2中任一所述的铪酸镧钇透明陶瓷的制备方法，包括以下步骤1)粉料的制备采用固相法制备化学组成为LaxY2_xHf207的铪酸镧钇粉体；2)成型将步骤1)所得粉体在5 20MPa下干压成型为素坯，再将所得素坯在180 230MPa进行冷等静压处理；3)烧结将步骤2)处理后的样品先于800 1100°C预烧2 4h，然后在真空或氢气气氛条件下于1800 2000°C下烧结4 10h，随炉冷却；4)退火热处理将步骤3)烧结后的样品在空气气氛中于1400 1600°C下退火热处理 2 10h。
4.如权利要求3所述的铪酸镧钇透明陶瓷的制备方法，其特征在干，所述固相法制备化学组成为LaxY2_xHf207的铪酸镧钇粉体的步骤为以Hf02、Y2O3和Lii2O3为原料，按化学计量比例称量后进行球磨12 20h，再于70 100°C干燥5 10h，过筛得到粉体。
5.如权利要求3所述的铪酸镧钇透明陶瓷的制备方法，其特征在干，步骤2)中，所述干压成型和冷等静压处理的时间均为1 3分钟。
6.如权利要求3所述的铪酸镧钇透明陶瓷的制备方法，其特征在干，步骤3)中，所述真空条件为真空度大于5. OX 10_ャ￡1。
全文摘要
本发明提供了一种铪酸镧钇透明陶瓷及其制备方法，属于透明陶瓷领域。所述铪酸镧钇透明陶瓷的化学组成为LaxY2-xHf2O7；其中，0.4≤X≤1.6。本发明采用固相法制备粉体、干压成型和冷等静压成型、真空和氢气氛烧结以及退火热处理等工艺步骤，将上述铪酸镧钇材料制备成具有优良光学透过性能和高折射率的透明陶瓷。1mm厚经抛光的该透明陶瓷在可见光范围的直线透过率最高可达到75%以上，在信息探测、激光介质、高温视窗等领域具有潜在的应用前景。
文档编号C04B35/622GK102557625SQ20101061158
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者周国红, 张广军, 杨燕, 王士维, 邹小庆 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所, 肖特玻璃科技(苏州)有限公司