专利名称：钇铝石榴石纳米粉的制备方法
技术领域：
本发明涉及钇铝石榴石(以下简称YAG)纳米粉的制备，尤其是YAG前驱物粉体的烧结方法。
背景技术：
YAG透明陶瓷和YAG单晶相比，因为具有易制备、低成本、大尺寸、可大批量生产的特点，被广泛应用于固体激光介质材料、高温结构部件和高温红外探测用窗口等领域。制备高性能的YAG透明陶瓷，需要性能优异的YAG粉体，要求粉体有高的相纯度，颗粒尺寸在纳米级，大小均一并无团聚，而所有这些性能都与粉体的烧结方法密切相关。
传统制备YAG纳米粉常采用固相反应法，是将Al2O3和Y2O3粉按化学计量比混合，在1600℃下长时间的煅烧得到的，YAG相的形成要经过一系列的如下反应(1)(YAM，900～1100℃)；(2)(YAP，1100～1250℃)；(3)(YAG，1400～1600℃)。
最终制得的YAG粉体颗粒粗大，团聚严重，还有过渡相存在，不利于制备性能优良的YAG陶瓷，因而需要发展新的YAG粉体制备方法。
共沉淀法是制备陶瓷粉体的常用方法，其优点是各种成分可以均匀混合，因为前驱物的制备条件和烧结方法对最终颗粒的尺寸、团聚状况以及相的纯度有着重要的影响，所以探索合适的制备条件和烧结方法有很实际的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种YAG纳米粉的制备方法，要求所制得的YAG纳米粉颗粒大小均匀，无团聚，粒径在60～100nm，无过渡相存在，获得性能优良的YAG纳米粉的陶瓷原料。
本发明的技术解决方案如下①配制YAG纳米粉的原料溶液Al(NO3)3溶液、Y(NO3)3溶液和NH4HCO3溶液，按Y3+、Al3+离子在YAG中的化学计量比量取相应体积的Al(NO3)3溶液和Y(NO3)3溶液，混合均匀形成混合溶液，量取≥1.6倍于混合溶液体积的NH4HCO3溶液备用；②将所述的混合溶液以≤3毫升/分钟的速度滴加到所述的NH4HCO3溶液中，同时进行充分的搅拌，然后陈化形成沉淀液；③将所得的沉淀液进行真空抽滤，在抽滤的同时用去离子水冲洗至少4次，乙醇冲洗至少2次；④将抽滤后所得白色沉淀在低温20-50℃进行长时间干燥，再在刚玉研钵中进行研磨获得粉体；⑤将所得的粉体转移到带盖子的刚玉坩锅中，然后置于硅炭棒电炉内，在空气气氛中先以200～300℃/小时的升温速率从室温升至850℃，并需分别在各吸热峰对应温度130℃和200℃下各保温0.5～1小时，然后以50～100℃/小时的升温速率升至晶化温度，并在该晶化反应的初始和终结温度940±50℃各保温1-2小时，最后缓慢降至室温；⑥将烧结所得粉体转移至刚玉研钵中进行仔细研磨，得到所需的YAG纳米粉体。
所述的原料溶液及浓度如下原料组分摩尔浓度Al(NO3)3溶液 0.25～0.30Y(NO3)3溶液 为Al(NO3)3溶液浓度的0.6倍NH4HCO3溶液 1.20～1.50按1∶1的体积比量取Al(NO3)3和Y(NO3)3溶液，混合均匀形成混合溶液，量取≥3.2倍于Al(NO3)3溶液体积的NH4HCO3溶液备用。
所述的的混合溶液以≤3毫升/分钟的速度滴加到所述的NH4HCO3溶液时，沉淀体系的pH应大于7.8。
本发明的技术效果在前驱物的制备过程中，由于限定滴加速度≤3ml/min，使沉淀体系的pH始终大于7.8，确保Y3+、Al3+分别以Y2(CO3)3、NH4Al(OH)2CO3的形式沉淀，从而降低了最终粉体的烧结温度；在前驱物的干燥过程中，采用在低温下长时间干燥的方法，使洗涤过程中残余的乙醇及微量的水分等挥发性物质可以自然蒸发，从而减弱毛细管作用力，抑制前驱物颗粒间的软团聚发展为硬团聚，使烧结粉末的分散性大大改善；在前驱物的烧结过程中，生成YAG多晶的相转变温度区间通常为晶化温度±50℃，通过在晶化反应的终始温度分别保温，并升温速率为50-100℃/h，从而使过渡相转变为YAG相，保证了最终粉体相的纯度。
经实验证明本发明所得的YAG纳米粉体，颗粒大小均匀无团聚，无过渡相存在，说明该纳米粉可以作为一种良好的陶瓷原料。
图1为本发明实施例制备的YAG纳米粉前驱物的TG/DSC曲线图；图2为本发明实施例制备的YAG纳米粉的XRD图；具体实施方式
下面结合实施例和比较例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1本发明YAG纳米粉的制备方法，包括下列步骤①按下列浓度配制YAG纳米粉的原料溶液
原料组分 摩尔浓度(mol/l)Al(NO3)3溶液0.25～0.30Y(NO3)3溶液 为Al(NO3)3溶液浓度的0.6倍NH4HCO3溶液 1.20～1.50根据需要，按1∶1的体积比，量取Al(NO3)3和Y(NO3)3溶液混合均匀形成混合溶液，量取≥3.2倍于Al(NO3)3溶液体积的NH4HCO3溶液备用；②将所述的混合溶液以≤3ml/min的速度滴加到所述的NH4HCO3溶液中，同时进行充分的搅拌，滴加完成后2小时停止搅拌，然后陈化12小时，沉淀体系的pH应大于7.8，形成沉淀液；③将所得的沉淀液进行真空抽滤，在抽滤的同时用去离子水冲洗4次，乙醇冲洗2次；④将抽滤后所得白色沉淀在低温在30℃干燥48小时，再在刚玉研钵中进行研磨获得粉体；⑤将所得的粉体转移到带盖子的刚玉坩锅中，然后置于硅炭棒电炉内，在空气气氛中以250℃/h的速度升温至850℃，其中分别在130℃和200℃各保温0.5小时；再以100℃/h的速度从850℃升温至1000℃，并分别在900℃和1000℃各保温1h；最后以100℃/h的速度降至室温；⑥将烧结所得粉体转移至刚玉研钵中进行仔细研磨，得到所需的YAG纳米粉体。
对本实施例纳米粉的测试结果如下本发明实施例制备的YAG纳米粉前驱物的TG/DSC曲线图如图1所示，XRD图如图2所示。粉体颗粒大小均匀无团聚，尺寸约为70nm，近似呈椭球型，无过渡相存在。说明该纳米粉可以作为一种良好的制备透明陶瓷的原料。
实施例2至实施例8的制备工艺与实施例1基本相同，其工艺参数如下表1所示表1.YAG纳米粉的制备条件
☆分散性由透射电镜(TEM)观察确定☆粒径由谢莱公式计算确定比较例传统制备YAG纳米粉常采用固相反应法，具体包括如下步骤①根据反应式确定各原料的化学计量，并严格称量；②将称量的Y2O3、Al2O3粉混合，加入分析纯的TEOS(硅酸乙酯)作为添加剂，含量为0.5％，以浓度为95％的乙醇作研磨介质，高纯ZrO2球作研磨体，进行湿磨；③将湿磨好的粉体在120℃下干燥5h；④将干燥后的粉料装在石英舟里，于流动的氧气气氛中1600℃煅烧5h；⑤将烧结好的粉体进行仔细的研磨，得到YAG超细粉体。
由于固相反应无法避免粉体原料微区均匀性差和化学配比失配的问题，即使在较高的烧结温度和较长的保温时间下，YAG粉体仍然有少量的过渡相存在，并且粉体颗粒粗大，尺寸在1～2μm之间，还有明显的团聚。说明该粉体不适合作为制备透明陶瓷的原料。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者进行等同替换，而未脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种YAG纳米粉的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤①配制YAG纳米粉的原料溶液Al(NO3)3溶液、Y(NO3)3溶液和NH4HCO3溶液，按Y3+、Al3+离子在YAG中的化学计量比量取相应体积的Al(NO3)3溶液和Y(NO3)3溶液，混合均匀形成混合溶液，量取≥1.6倍于混合溶液体积的NH4HCO3溶液备用；②将所述的混合溶液以≤3毫升/分钟的速度滴加到所述的NH4HCO3溶液中，同时进行充分的搅拌，然后陈化形成沉淀液；③将所得的沉淀液进行真空抽滤，在抽滤的同时用去离子水冲洗至少4次，乙醇冲洗至少2次；④将抽滤后所得白色沉淀在低温20-50℃进行长时间干燥，再在刚玉研钵中进行研磨获得粉体；⑤将所得的粉体转移到带盖子的刚玉坩锅中，然后置于硅炭棒电炉内，在空气气氛中先以200～300℃/小时的升温速率从室温升至850℃，并需分别在各吸热峰对应温度130℃和200℃下各保温0.5～1小时，然后以50～100℃/小时的升温速率升至晶化温度，并在该晶化反应的初始和终结温度940±50℃各保温1-2小时，最后缓慢降至室温；⑥将烧结所得粉体转移至刚玉研钵中进行仔细研磨，得到所需的YAG纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的YAG纳米粉的制备方法，其特征在于所述的原料溶液及浓度如下原料组分 摩尔浓度Al(NO3)3溶液 0.25～0.30Y(NO3)3溶液 为Al(NO3)3溶液浓度的0.6倍NH4HCO3溶液 1.20～1.50按1∶1的体积比量取Al(NO3)3和Y(NO3)3溶液，混合均匀形成混合溶液，量取≥3.2倍于Al(NO3)3溶液体积的NH4HCO3溶液备用。
3.根据权利要求1或2所述的YAG纳米粉的制备方法，其特征在于所述的的混合溶液以≤3毫升/分钟的速度滴加到所述的NH4HCO3溶液时，沉淀体系的pH应大于7.8。
全文摘要
一种YAG纳米粉的制备方法，包括下列步骤配制原料溶液；将Al(NO
文档编号C01F7/02GK1792805SQ200510110760
公开日2006年6月28日 申请日期2005年11月25日 优先权日2005年11月25日
发明者赵郝炎, 胡丽丽, 孙洪涛, 廖梅松 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所