一种稀土掺杂多孔氟氧硅酸盐玻璃陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种稀土掺杂多孔氟氧硅酸盐玻璃陶瓷及其制备方法，属于光致发光技术领域。
【背景技术】
[0002]稀土掺杂频率转换发光技术在固态激光、数据存储、通用照明、三维立体显示、显微成像、传感技术、太阳能电池、防伪技术和军事对抗等领域具有巨大的潜在应用价值，因此，国内外对稀土掺杂发光材料已经进行了广泛研究。
[0003]研究结果已经证实，对稀土所掺杂基质玻璃进行热处理，玻璃内部出现晶相后，稀土离子会优先在析出晶相内部富集，可以大大提高稀土离子的频率转换发光效率。另外，氟氧酸盐玻璃兼顾氧化物玻璃和氟化物晶体的优点，最大声子能量低，机械性能高且在近红外至可见光波长范围内具有良好的透光性，使该组分玻璃成为激光等应用领域的热门候选材料。基于此，稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃在可见光至近红外波长范围内的上转换发光得到了大量的研究，并取得了丰富的有意义成果。例如，国内胡曰博等人通过Tm3+/Er37Yb3+三掺含BaF2纳米晶相的氟氧锗酸盐微晶玻璃获得了优异的上转换发光。
[0004]然而，目前关于稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃的研究主要集中在对致密基质玻璃整体析晶所获得微晶玻璃中稀土离子的上转换发光特性方面。但是，对于多孔氟氧酸盐玻璃陶瓷中所掺杂稀土离子的上转换发光特性的研究尚未见诸报道。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种稀土掺杂多孔氟氧硅酸盐玻璃陶瓷及其制备方法，该玻璃陶瓷不仅具有优良的热稳定性，而且具有局部微晶和析晶并因此改变微晶或析晶化区域的光致发光颜色的特性，即由基质玻璃中的暗红色转变为析晶后的亮绿色上转换发光。
[0006]本发明的技术方案是:一种稀土掺杂多孔氟氧硅酸盐玻璃陶瓷，该稀土掺杂玻璃频率转换发光材料由以下原料制得，各原料及摩尔百分比为:Si02:30~55%，Al 203:5~30%，BaF2:10-30%, Na 20: 10-30%, YbF3:0-3%, Yb 203:0~3%，Tb 203:0~0.8%, TbF3:0~0.8%, Ho2O3:0-0.6%，HoF3:0~0.6%。
[0007]—种稀土掺杂多孔氟氧硅酸盐玻璃陶瓷的制备方法，具体包括如下步骤:
(1)将原料充分混合后置于带盖的坩祸中，在1400?1600°C下熔制35?90min，使原料熔制成玻璃熔液，将玻璃熔液快速浇铸到已经预热到300?400°C的不锈钢模板上，成型后在低于玻璃转变温度20?50°C下保温4?Sh进行退火并自然冷却至室温，得到含稀土离子的多孔玻璃，并将所制得的多孔玻璃进行切、磨和抛光处理；
(2)将步骤(I)制备得到的含稀土离子的多孔玻璃进行差热分析，根据差热分析实验将制得的含稀土离子的多孔玻璃置于退火炉中在T~T-100°C范围内热处理l~3h，其中T为第一析晶峰温度，高温取出即得到稀土掺杂多孔氟氧硅酸盐玻璃陶瓷。
[0008]本发明的有益效果是: (1)本发明制备的稀土掺杂多孔氟氧硅酸盐玻璃陶瓷具有局部微晶或析晶并因此改变微晶或析晶化区域的光致发光颜色的特性，即由基质玻璃中的暗红色转变为析晶后的亮绿色上转换发光；
(2)本发明制备的稀土掺杂多孔氟氧硅酸盐玻璃陶瓷制备方法简单，生产成本较低。
【具体实施方式】
[0009]实施例1:按组成 30Si02.30A1203.1BaF2.26Na20.3YbF3.0.8Tb203.0.2Ho203(mol%)称取总质量10克所需的Si02、A1203、BaF2, Na2O, YbF3, Tb2O3和Ho 203粉末原料，充分混合后装入带盖的坩祸中置于1600°C下熔制35min，然后将玻璃熔液快速浇铸到已经预热到400°C的不锈钢模板上，成型后在低于玻璃转变温度20°C的温度下保温4h，自然降温至室温，得到含稀土离子的多孔玻璃，并将所制得的多孔玻璃进行切、磨和抛光处理；将所制得的多孔玻璃在低于玻璃析晶温度50°C下热处理2h，自然冷却至室温，即得到气孔位置出现白色析出物的稀土掺杂玻璃陶瓷，980 nm激光直接照射白色析出物可得到亮绿色上转换发光。
[0010]实施例2:按组成 55Si02.5A1203.25BaF2.13Na20.IYbF3.0.4Tb203.0.6Ho203(mol%)称取总质量10克所需的Si02、A1203、BaF2, Na2O, YbF3, Tb2O3和Ho 203粉末原料，充分混合后装入带盖的坩祸中置于1500°C下熔制50min，然后将玻璃熔液快速浇铸到已经预热到350°C的不锈钢模板上，成型后在低于玻璃转变温度50°C的温度下保温8 h，自然降温至室温，得到含稀土离子的多孔玻璃，并将所制得的多孔玻璃进行切、磨和抛光处理；将所制得的多孔玻璃在低于玻璃析晶温度100°C下热处理1.5h，自然冷却至室温，即得到整体透明其在气孔所在位置用980 nm激光照射可获得绿色上转换发光的透明稀土掺杂多孔微晶玻璃。
[0011]实施例3:按组成 36Si02.15A1203.15BaF2.30Na20.3Yb2O3.0.8TbF3.0.2HoF3(mol%)称取总质量10克所需的Si02、A1203、BaF2, Na2O, YbF3, Tb2O3和Ho 203粉末原料，充分混合后装入带盖的坩祸中置于1400°C下熔制90 min，然后将玻璃熔液快速浇铸到已经预热到300°C的不锈钢模板上，成型后在低于玻璃转变温度30°C的温度下保温5 h，自然降温至室温，得到含稀土离子的多孔玻璃，并将所制得的多孔玻璃进行切、磨和抛光处理；将所制得的多孔玻璃在低于玻璃析晶温度80°C下热处理3h，自然冷却至室温，即得到气孔位置出现白色析出物的稀土掺杂玻璃陶瓷，980 nm激光直接照射白色析出物可得到亮绿色上转换发光。
[0012]实施例4:按组成 48Si02.1Al2O3.30BaF2.1Na20.IYb2O3.0.4TbF3.0.6HoF3(mol%)称取总质量10克所需的Si02、A1203、BaF2, Na2O, YbF3, Tb2O3和Ho 203粉末原料，充分混合后装入带盖的坩祸中置于1450°C下熔制70min，然后将玻璃熔液快速浇铸到已经预热到380°C的不锈钢模板上，成型后在低于玻璃转变温度40°C的温度下保温6h，自然降温至室温，得到含稀土离子的多孔玻璃，并将所制得的多孔玻璃进行切、磨和抛光处理；将所制得的多孔玻璃在玻璃析晶温度下热处理lh，自然冷却至室温，即得到整体透明其在气孔所在位置用980nm激光照射可获得绿色上转换发光的透明稀土掺杂多孔微晶玻璃。
[0013]上面对本发明的【具体实施方式】作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
【主权项】
1.一种稀土掺杂多孔氟氧硅酸盐玻璃陶瓷，其特征在于:该稀土掺杂玻璃频率转换发光材料由以下原料制得，各原料及摩尔百分比为:Si02:30~55%，Al 203:5~30%，BaF2:10-30%, Na2O:10-30%, YbF3:0-3%, Yb 203:0~3%，Tb 203:0~0.8%，TbF 3:0~0.8%，Ho 203:0~0.6%，HoF3:0~0.6%o2.一种根据权利要求1所述的稀土掺杂多孔氟氧硅酸盐玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于:具体包括如下步骤: (1)将原料充分混合后置于带盖的坩祸中，在1400?1600°C下熔制35?90min，使原料熔制成玻璃熔液，将玻璃熔液快速浇铸到已经预热到300?400°C的不锈钢模板上，成型后在低于玻璃转变温度20?50°C下保温4?8 h进行退火并自然冷却至室温，得到含稀土离子的多孔玻璃，并将所制得的多孔玻璃进行切、磨和抛光处理； (2)将步骤(I)制备得到的含稀土离子的多孔玻璃进行差热分析，根据差热分析实验将制得的含稀土离子的多孔玻璃置于退火炉中在T~T-100°C范围内热处理l~3h，其中T为第一析晶峰温度，高温取出即得到稀土掺杂多孔氟氧硅酸盐玻璃陶瓷。
【专利摘要】本发明涉及一种稀土掺杂多孔氟氧硅酸盐玻璃陶瓷及其制备方法，属于光致发光技术领域。本发明所述稀土掺杂玻璃频率转换发光材料由以下原料制得，各原料及摩尔百分比为：SiO2：30~55%，Al2O3：5~30%，BaF2：10~30%，Na2O：10~30%，YbF3：0~3%，Yb2O3：0~3%，Tb2O3：0~0.8%，TbF3：0~0.8%，Ho2O3：0~0.6%，HoF3：0~0.6%；其制备方法是先使用熔融淬冷法制备出多孔氟氧硅酸盐玻璃，然后对基质多孔玻璃进行热处理得到多孔氟氧硅酸盐玻璃陶瓷。本发明制备的稀土掺杂多孔氟氧硅酸盐玻璃陶瓷具有局部微晶或析晶并因此改变微晶或析晶化区域的光致发光颜色的特性，即由基质玻璃中的暗红色转变为析晶后的亮绿色上转换发光；制备的稀土掺杂多孔氟氧硅酸盐玻璃陶瓷制备方法简单，生产成本较低。
【IPC分类】C03C10/16
【公开号】CN105152537
【申请号】CN201510485197
【发明人】胡曰博, 任鹏, 邱建备
【申请人】昆明理工大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月10日