一种多层复合结构透明陶瓷的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种多层复合结构透明陶瓷的制备方法；尤其设及一种采用流延工艺 制备多层（YAG/Re:YAG/YAG)复合结构透明陶瓷的方法，属于先进陶瓷领域。
【背景技术】
[0002] 自1995年日本科学家化esue W固相反应烧结法实现Nd:YAG透明陶瓷的连续 激光输出W来，激光陶瓷W其制备周期短、易实现均匀（梯度）和高浓度渗杂、易实现大 尺寸和设计灵活性等优点而获得快速发展，各种新型激光透明陶瓷材料层出不穷，如Yb/ Nd: YSAG、Nd: Y2化Xr: ZnS等，现已在物理激光测量和激光医疗等领域获得初步应用，其取代 单晶成为下一代激光增益材料正逐步成为现实。在所有的激光透明陶瓷中，Nd:YAG W其优 异的物理化学性质而成为研究最为广泛、激光输出效率最高的材料体系，其他稀±离子如 孔、Er、化、Tm和过渡金属离子化等渗杂的YAG透明陶瓷在产生不同激光波长、调谐脉冲宽 度（皮秒、飞秒等）等方面也引起了广泛关注。
[0003] 众所周知，在透明陶瓷中存在的剩余气孔、晶界杂质及渗杂偏析等光学散射中屯、 是阻碍其光学质量超越单晶的最主要因素。作为激光增益材料，消除上述散射中屯、，降低其 光学损耗，获得完全致密、无剩余气孔及晶界干净的陶瓷材料尤为重要。然而，对于激光输 出，热效应的控制可W说是激光系统的瓶颈，不能很好的控制热效应，再好的光学质量透明 陶瓷作为激光增益材料也会变得无意义。传统的固相反应烧结法制备的YAG透明陶瓷结 构单一，不能有效的控制热效应，而几年来一些制备复合结构材料的方法，如；等离子喷涂 法、加热模压法、激光烙覆法、磁控瓣射法等等，存在制备成本高、光学质量差、透过率低、结 构整体性差、热效应控制能力一般等一系列问题。近年来，流延法制备复合结构材料已越 来越受到人们的关注，是目前生产陶瓷薄片常用的方法之一，能制备单层或多层片式陶瓷 基板，不仅为电子设备、电子元件的微小型化W及超大规模集成电路的实现提供了广阔前 景，而且为工程陶瓷的宏观结构设计和微观结构设计提供了可能，为材料的性能优化提供 了一条新途径且具有较好可靠性、可重复性和可批量生产性。其最重要的一点，流延法制备 的复合结构透明陶瓷能很有效的控制激光热效应，大幅度地提高了激光效率。
[0004] 在采用流延制备多层（YAG/Re:YAG/YAG)复合结构透明陶瓷方面，文献 l(Eliz油eth R.Ku卵，Gary L. Messing. J. Mater. Res, 25(2010)0069-0076)在使用无水己 醇和甲苯作为溶剂，鱼油作为分散剂，添加PVB粘结剂，BBP作为增塑剂并且在真空烧结后 增加HIP烧结步骤后制得的化:YAG复合结构陶瓷整体晶粒偏大，界面结合处的离子扩散范 围较大，透过率只有在1645皿处相对好一些，其他波段普遍偏低。文献2 (Xuewei Ba, Jiang Li,Ya吨ingZeng.CeramicsInternational39 (2013) 4639 - 4643)义用水基流延法，W去 离子水为溶剂，PAA作为分散剂，PVA为粘结剂，添加PEG-400增塑剂。由于是采用水基系 统，存在有机物的互溶性较差等问题，制得的流延浆料的稳定性不够理想且流变特性较差， 制备的素巧容易出现断裂和裂痕，最终制得的复合结构陶瓷气孔比较多，光学质量不是十 分理想。文献 3(Lin Ge, Jiang Li.OPTICALMATERIALSEXPRESS4(2014) 1042-1049)采用 无水流延和固相反应烧结法制备YAG/Nd:YAG/YAG复合结构透明陶瓷，其添加剂分别为；鱼 油分散剂、粘结剂PVB、增塑剂PEG-400和BBP。虽然制备的浆料流变特性较理想，但是制备 的基带均匀性差，素巧容易出现裂痕，最终烧结得到的陶瓷轴向透过率低，普遍低于80%。
[0005] 在W上文献中，流延工艺制得的多层（YAG/Re:YAG/YAG)复合结构透明陶瓷普遍 存在浆料流变特性很一般、光学质量较差、轴向透过率较低、稀±离子的渗杂量不高、离子 的扩散较大、整个制备工艺的花费相对较高，最终制备的复合结构透明陶瓷不能满足高光 学质量和良好的激光热效应控制的多层复合结构透明陶瓷制备，特别是其在高功率、大尺 寸和复合结构等方面的应用。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种多层复合结构透明陶瓷的 制备方法。采用流延加真空烧结辅助的方式，来制备具有化学纯度高、均匀性好，结构复杂， 整体性好，透过率高的复合结构透明陶瓷。
[0007] 本发明的技术方案为：本发明提出的多层（YAG/Re:YAG/YAG)复合结构透明陶瓷 用的浆料制备方法是一种采用PVB和鱼油为粘结剂和分散剂，PAG和BBP W组合的方式作 为增塑剂，W高纯氧化物原料为高光学质量透明陶瓷的前提，采用聚合物PVB为粘结剂在 浆料中形成粘结网络，再借助分散剂鱼油的静电排斥和空间位阻效应来消除浆料中原料粉 体颗粒间的范德华引力，形成多组分均匀分散、稳定的浆料。同时，鱼油、PVB、PAG和BBP联 合作用来并通过影响浆料固含量来一起改善陶瓷浆料的密度、粘度和表面张力来获得很好 的假塑性流体浆料。同时，对于YAG基透明陶瓷粉体，陶瓷胚体的烧结致密化过程通常需要 烧结助剂的加入，尽管其对流延浆料粉体的状态如形貌、尺寸等影响不大，但作为陶瓷烧结 的必需组分，跟YAG的原料组分一起混合加入浆料中，在此选用市售高纯巧9. 99%及W上） MgO和正娃酸己醋（TEO巧作为共烧结助剂。
[000引本发明的具体技术方案为；一种多层复合结构透明陶瓷的制备方法，其特征在于 所制备的多层陶瓷满足下式所示的结构；YAG/Re:YAG/YAG ;中间层为（Yi_yRey)3Al50i2组分 薄片组成的Re: YAG多层，每个Re: YAG单层厚度为0. 05~0. 12mm，层数为3~6层；两端层 为Y3AI乱2薄片组成的YAG多层，每个YAG单层厚度为0. 05~0. 12mm，层数为3~6层；Re 为稀±元素锦（Ce)、错（Pr)、钦（Nd)、衫（Sm)、館巧U)、铺（Tb)、铺值y)、狄化0)、巧巧r)、 镑（Tm)或镜（孔）中的一种，，W形成未渗杂或渗杂YAG陶瓷粉体；具体步骤如下：
[0009] (1)流延用浆料配置：纯YAG部分按Y3AI5O12、Re:YAG部分按化_典〇3AI5O12， 0. 02《X《0.2组成所需的金属元素摩尔比称量原料粉体，并加入烧结助剂、分散剂和溶剂 配置浆料；在行星式球磨机上球磨混合后再加入粘结剂和增塑剂，再继续球磨混合得到流 延所用浆料；
[0010] 似流延成型过程；将步骤（1)中所得到的YAG和Re: YAG流延浆料进行除泡处理， 条件均为：真空环境-50~-70kpa下揽拌5~lOmin ;流延工艺参数为；刮刀与基带的距离 为0. 3 ym~0. 7mm，流延速率为1~2cm/s ;浆料经过流延基带，并在热空气作用下蒸发溶 剂，得到厚度为0. 05~0. 12mm的单层素巧；
[0011] (3)成型及烧结；将制得的单层素巧进行各部分和整体的成型，各个部分堆叠3~ 6层，整体为9~18层；将制得的复合结构素巧层压在100~150°C，25~30Mpa环境下 10~20min后即得到化学纯度高、均匀性好，具有一定致密度的多层YAG/Re:YAG/YAG复合 结构陶瓷素巧，然后将素巧在空气氛中600~800°C锻烧2~4小时去除有机物，最后将素 巧在真空环境中1650~1780°C烧结16~24小时得到多层YAG/Re:YAG/YAG复合结构透明 陶瓷。
[0012] 优选上述的原料粉体为高纯的Al2〇3粉体、Y203和Re2〇3粉体（一般纯度为99. 99% 及W上）；烧结助剂为MgO和正娃酸己醋（TEO巧；所述的溶剂为无水己醇和二甲苯混合溶 液，