铒掺杂钽铌酸钾锂陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铒掺杂钽铌酸钾锂陶瓷及其制备方法，属于陶瓷材料技术领域。
【背景技术】
[0002]利用稀土离子上转换效应获得短波长发光的固态光源在高密度全息存储、全色显示、光刻和光谱学等领域的广泛应用促进了各种稀土离子掺杂材料的研究进展。稀土 Er3+具有优良的红绿光上转换发光性能是稀土离子发光领域的研究热点。同时，稀土离子上转换技术对基质材料的要求低，可以使稀土离子掺杂到晶体、玻璃、甚至是液体中作为激光工作物质实现激光输出。
[0003]钽铌酸钾锂(I yLiyTai xNbx03，KLTN)是钽酸钾锂(K: xLixTa03)和铌酸钾锂(Ki xLixNb03)的固熔体，是在钽铌酸钾(KTai xNbx03>晶体的基础上通过替代元素改性发展而来。钙钛矿型钽铌酸钾锂因为具有大的衍射效率、快速的响应时间和特殊的固定机制在光电开关和全息存储领域有很大的应用前景。钨青铜型钽铌酸钾锂具有优秀的二次谐波产生性能，主要应用在激光倍频领域。我们前期的工作已经对钽铌酸钾锂晶体进行稀土掺杂及频率上转换的研究。钽铌酸钾锂的制备比较困难，对生长条件要求较高，因此需要开发新形态的材料进行稀土掺杂研究。
【发明内容】
[0004]目的:为解决现有技术的不足，本发明提供一种铒掺杂钽铌酸钾锂陶瓷及其制备方法。
[0005]技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
一种铒掺杂钽铌酸钾锂陶瓷的制备方法，其特征在于，利用固相反应法，包括以下步骤:
步骤1)、配料:碳酸钾(K2C03)、碳酸锂(Li2C03)、氧化钽(Ta205)、氧化铌(Nb205)粉末按照0.6:0.4:0.5:0.5的摩尔比例称量配料，并按照掺杂浓度分别为Er3+单掺0.lmol%-l.0mol%加入氧化铒(Er203)粉末；其中使用的K2C03、Li2C03、Ta205和Nb 205粉末的摩尔比例，是铒掺杂钽铌酸钾锂陶瓷制备成败的基本条件。
[0006]步骤2 )、研磨，得到粉料；
步骤3)、压片:使用液压机将粉料压成原料片；
预烧:将原料片装入刚玉坩祸，并在原料片上覆盖配比相同的粉料，放入马弗炉中，以150°C /h升温至100°C，并保持30min ；以150°C /h升温至800-950°C，并保持6_10h ；以200°C /h降温至室温，完成预烧过程；此过程使原料进行充分的化学反应。
[0007]步骤4)、二次研磨:将预烧后的原料片放在玛瑙研钵中，捣碎、研磨；加入无水乙醇，研磨至无水乙醇挥发干净，多次重复操作；滴入一定聚乙烯醇(PVA)溶液，研磨至聚乙烯醇溶液挥发干净；再加入无水乙醇，研磨至无水乙醇挥发干净，放入烘干箱烘干；
步骤5)、压片造粒:将粉料压成原料片，放置若干小时； 过筛:将原料片捣碎，经过150目和200目的筛子筛选，得粒度介于75 μ m?106 μ m的原料颗粒；以便获得颗粒均匀的晶粒。
[0008]步骤6)、烧结:称取步骤5)处理得到的原料颗粒0.8g/份，压片，直径为13.5mm ;装入刚玉坩祸，放入马弗炉中，以150°C /h升温至100°C，并保持30min ;以150°C /h升温至500-600°C，并保持2-4h，进行排出PVA的排胶过程；以150。。/h升温至850。。，以60。。/h升温至1170-1175°C，保持4-6 h ;以40°C /h降温至800°C，以120°C /h至室温，完成烧结过程，即得铒掺杂钽铌酸钾锂陶瓷。
[0009]步骤1)中，碳酸钾、碳酸锂、氧化钽、氧化铌和氧化铒的纯度不低于99.9%。
[0010]作为优选方案，步骤1)中，氧化铒的掺杂浓度为Er3+单掺0.lmo 1%、0.2mo 1%、0.5mol% 或 1.0mol%。
[0011]步骤2)中，研磨具体是指:将混合后的粉末放入玛瑙研钵中，研磨；加入无水乙醇研磨，直至无水乙醇挥发干净，重复加入无水乙醇研磨操作三次，以保证粉料能研磨及混合均匀，将研磨后的粉料放入刚玉坩祸中，放入烘干箱烘干，得到干燥的陶瓷生长混合粉料。此步骤重复三次目的是使原料充分研磨并混合均匀。
[0012]步骤3)中，液压机压强为20Pa，保持一分钟。
[0013]步骤4)中，二次研磨具体是指:将预烧后的原料片放在玛瑙研钵中，捣碎、研磨至无大颗粒；加入10ml无水乙醇，研磨一小时以上，直至无水乙醇挥发干净，重复加入10ml无水乙醇研磨操作两次；滴入浓度为5%的聚乙烯醇(PVA)溶液20滴，研磨至溶液挥发干净；加入10ml无水乙醇，研磨至无水乙醇挥发干净，放入烘干箱烘干。
[0014]对预烧后的原料片进行二次研磨过程，并在其中加入聚乙烯醇(PVA)溶液20滴起粘合作用，目的是使烧结好的原料在后续烧结过程中获得更大更均匀的晶粒。
[0015]本发明提供的铒掺杂钽铌酸钾锂陶瓷，采用上述的铒掺杂钽铌酸钾锂陶瓷的制备方法制得，晶体结构为四方相钨青铜型。
[0016]有益效果:本发明中，利用固相反应法开创性的制备铒掺杂钽铌酸钾锂陶瓷，填补了国内外在此项研究上的空白；能够实现铒掺杂陶瓷的可控烧结，并且陶瓷烧结致密度很高，成瓷效果很好。另外该方法相对工艺简单，不使用专用设备，不需要特殊气氛生长，对环境无污染等特点。该方法对于稀土掺杂钽铌酸钾锂陶瓷的大规模制备和应用起到了重要的推动作用。利用成熟的固态反应方法可以进行钽铌酸钾锂陶瓷的制备，且工艺简单，成本较低，样品物理化学性能稳定，此外，在陶瓷中可以掺杂较高浓度的稀土离子，方便进行高浓度稀土离子掺杂陶瓷的结构和发光性能研究。因此本发明利用固相反应方法进行稀土 Er3+掺杂的钽铌酸钾锂陶瓷制备工艺，并获得了较好的成果。
【附图说明】
[0017]图1为铒掺杂钽铌酸钾锂陶瓷的制备流程图；
图2为铒掺杂钽铌酸钾锂陶瓷样品的粉末XRD模式图；
图3为铒掺杂钽铌酸钾锂陶瓷样品的扫描电子显微镜表面和断面形貌图:(a) (b)0.lmol% Er3+:KLTN ； (c) (d) 0.2mol% Er3+:KLTN ； (e) (f) 0.5mol% Er3+:KLTN 陶瓷；
图4为铒掺杂钽铌酸钾锂陶瓷样品在975nm激光激发下的上转换荧光光谱图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实例对本发明做具体说明:
实施例1:
如图1所示，铒掺杂钽铌酸钾锂陶瓷通过以下步骤制备:
一、配料:纯度为99.9%的碳酸钾(K2C03)、碳酸锂(Li2C03)、氧化钽(Ta205)和氧化铌(Nb205)粉末按照0.6:0.4:0.5:0.5的摩尔比例称量10g配料四份，并在每份中分别按照摩尔比例0.lmol%、0.2mol%、0.5mol%和1.0mol%加入氧化铒(Er203)粉末配制成陶瓷制备原料；
二、研磨:将混合后的粉末放入玛瑙研钵中，研磨至无大的颗粒。加入10ml无水乙醇，研磨一小时以上，直至无水乙醇挥发干净。此操作要重复三次，以保证粉料能研磨及混合均匀。将研磨后的粉料放入刚玉坩祸中，放入烘干箱烘干，得到干燥的混合粉末原料；