专利名称：Cr的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种Cr4+Al2O3透明激光陶瓷材料的制备方法，属特种固体激光陶瓷材料制备工艺技术领域。
背景技术：
自从1960年发明红宝石(Cr3+Al2O3)激光器以来，研究人员致力于研究和开发具有不同特性、能发出不同波长的激光材料与激光器。
研究者发现，Cr4+离子掺杂的固态激光器可产生很宽的在1130nm到1630nm近红外波段的可调谐相干辐射。Cr4+掺杂的增益介质具有几个很好的特性，包括有(1)与几种商业化泵浦激光源的工作波长重叠的宽的吸收带；(2)四能级结构可产生低泵浦阈值的连续波及脉冲波激光；(3)Cr4+掺杂的增益介质，存在可产生超短激光脉冲的很宽的放大带宽；(4)采用非线性频率转换系统，可用于建立宽的可调谐相干可见光源。这些优良特性使Cr4+掺杂激光器在许多方面，如光通讯、人眼安全成像、医疗和光谱技术等有很重要的应用。
最具有代表性的Cr4+掺杂固体激光材料是Cr4+Mg2SiO4(Cr4+镁橄榄石)和Cr4+YAG(Cr4+钇铝石榴石)，它们具有优良的功率性能。Cr4+掺杂的激光材料还有如Cr4+Y2SiO4、Cr4+Ca2GeO4等等。
在Cr4+Mg2SiO4中，Cr4+取代[SiO4]四面体的Si4+离子，形成[CrO4]。在其他Cr4+掺杂晶体材料中，Cr4+都是处在四面体中。因此研究人员一直认为Cr4+在红外波段的发光行为是由基质中的四面体中的Cr4+发光中心产生的，而在六配位的八面体中不可能发出红外波长的光。
α-Al2O3属六方晶系，在Al2O3晶胞中，它只有三个六配位的八面体结构，没有别的多面体结构，其中二个八面体被Al占据，另有一个空着。Al2O3机械强度高，热膨胀系数小，热导率高，化学组成与结构十分稳定，是一种应用广泛的固体激光工作基质。
Cr3+Al2O3(红宝石)是第一种被发现具有激光发射的激光晶体。
由于Al2O3晶体中只有三个六配位的八面体结构。而Cr4+在红外波段1100nm～1600nm的发光通常认为是Cr4+处在不同基质四配位四面体中的发光行为，因此没有人发现和研究Cr4+在六配位八面体Al2O3中的发光行为。
发明内容
本发明的目的是提供一种Cr4+Al2O3透明激光陶瓷材料的制备方法。
本发明的激光陶瓷材料是一种以Cr4+在红外波段1100nm～1600nm产生激光的多晶材料，为固体多晶激光材料。该材料以Al2O3为基体，以Cr4+为激光激活离子，Mg2+为Cr4+的电荷补偿离子，以Mg2+、Cr4+共同取代[AlO6]六配位八面体中的Al3+。
本发明的一种Cr4+Al2O3透明激光陶瓷材料的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤a.采用高纯99.99％Al2O3、99％MgO和99.99％Cr2O3为原料；以Al2O3为基体材料，以Cr2O3为激光激活掺杂材料，以MgO为电荷补偿掺杂材料；以Al2O3基体材料的重量为100作为计量基准，掺杂材料的掺入量为Cr2O30.05～1wt％，MgO0.05～0.15％wt％；b.将按上述配方配制好的Al2O3基体材料和其他各掺杂材料进行搅拌混和，混合料在蒸馏水中混磨24小时；c.随后在150℃温度下烘干，然后加入浓度为5wt％的聚乙烯醇粘结剂，加入量为5wt％，并进行造粒；d.粉粒在200MPa冷等静压下压成片状试样，随后在800℃预烧3小时将聚乙烯醇粘结剂烧掉；e.将上述预烧后的试样放在钼丝炉中，在常压还原气氛下进行烧结，烧结温度范围为1650～1800℃，烧结时间为2～10小时；f.将烧结好的陶瓷样品在空气中于1300℃下退火处理3～8小时，最终获得致密透明的Al2O3激光陶瓷材料。
本发明制备的激光陶瓷材料，其机理叙述如下Cr由Cr2O3引入，先以三价Cr3+离子形式存在于Al2O3基质中，随后在氧化气氛下退火处理，使Cr3+氧化成Cr4+，并由Mg2+的电荷补偿作用，Cr4+与Mg2+共同取代[AlO6]中的Al3+。Cr4+虽然占据的是六配位八面体位置，但其吸收带峰值位于900nm附近的一个很宽的范围。在室温下用970nm的泵浦光源对该陶瓷激光材料进行激发，其荧光发射波长从1157nm到1287nm，发射峰位于1220nm，半高宽为37nm，其荧光谱如附图1所示。因此该陶瓷材料可用作红外波段的可调谐激光介质，可用作飞秒超快激光器，输出超短激光脉冲，经非线性转换，可输出600nm左右的可见光范围的激光，其特性为Cr4+在六配位八面体中的发光。所以本发明的激光陶瓷材料是一种全新的可输出红外波段激光的固态激光材料。
图1是本发明方法制备而得的Cr4+Al2O3透明激光陶瓷材料在室温下的荧光光谱。
具体实施例方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1本实施例中，制备Al2O3透明激光陶瓷材料的具体工艺步骤如下1.采用高纯99.99％Al2O3、99％MgO和99.99％Cr2O3为原料；以Al2O3为基体材料，以Cr2O3为激光激活掺杂材料，以MgO为电荷补偿掺杂材料；以Al2O3基体材料的重量为100作为计量基准，掺杂材料的掺入量为Cr2O30.1～1wt％，MgO0.1％wt％；2.将按上述配方配制好的Al2O3基体材料和其他各掺杂材料进行搅拌混和，混合料在蒸馏水中混磨24小时；3.随后在150℃温度下烘干，然后加入浓度为5wt％的聚乙烯醇粘结剂，加入量为5wt％，并进行造粒；4.粉粒在200MPa冷等静压下压成片状试样，随后在800℃温度下烧去聚乙烯醇粘结剂；5.将上述预烧后的试样放在钼丝炉中，在常压还原气氛下进行烧结，烧结温度范围为1750℃，烧结时间为3小时；6.将烧结好的陶瓷样品在空气中于1300℃下退火处理8小时，最终获得致密透明的Cr4+Al2O3激光陶瓷材料。
该陶瓷材料的体积密度为3.98g/cm3。对Cr4+Al2O3透明激光陶瓷材料作光谱性能检测，其荧光发射光谱显示出具有良好的激光光学性能。在室温下用970nm的泵浦光源对该陶瓷材料进行激发，其荧光发射峰位在1220nm，半高宽为37nm，其荧光光谱如附图1所示。
实施例2本实施例的制备工艺步骤与上述实施例1相同。其具体工艺步骤如下1.采用高纯99.99％Al2O3、99％MgO和99.99％Cr2O3为原料；以Al2O3为基体材料，以Cr2O3为激光激活掺杂材料，以MgO为电荷补偿掺杂材料；以Al2O3基体材料的重量为100作为计量基准，掺杂材料的掺入量为Cr2O30.2wt％，MgO0.1％wt％；2.将按上述配方配制好的Al2O3基体材料和其他各掺杂材料进行搅拌混和，混合料在蒸馏水中混磨24小时；3.随后在150℃温度下烘干，然后加入浓度为5wt％的聚乙烯醇粘结剂，加入量为5wt％，并进行造粒；4.粉粒在200MPa冷等静压下压成片状试样，随后在800℃温度下烧去聚乙烯醇粘结剂；5.将上述预烧后的试样放在钼丝炉中，在常压还原气氛下进行烧结，烧结温度范围为1720℃，烧结时间为3小时；6.将烧结好的陶瓷样品在空气中于1300℃下退火处理8小时，最终获得致密透明的Cr4+Al2O3激光陶瓷材料。
该陶瓷材料的体积密度为3.98g/cm3。对Cr4+Al2O3透明激光陶瓷材料作光谱性能检测，其荧光发射光谱显示出具有良好的激光光学性能。在室温下用970nm的泵浦光源对该陶瓷材料进行激发，其荧光发射峰位在1220nm。
实施例3本实施例的制备工艺步骤与上述实施例1相同。具体工艺步骤如下1.采用高纯99.99％Al2O3、99％MgO和99.99％Cr2O3为原料；以Al2O3为基体材料，以Cr2O3为激光激活掺杂材料，以MgO为电荷补偿掺杂材料；以Al2O3基体材料的重量为100作为计量基准，掺杂材料的掺入量为Cr2O30.8wt％，MgO0.1％wt％；
2.将按上述配方配制好的Al2O3基体材料和其他各掺杂材料进行搅拌混和，混合料在蒸馏水中混磨24小时；3.随后在150℃温度下烘干，然后加入浓度为5wt％的聚乙烯醇粘结剂，加入量为5wt％，并进行造粒；4.粉粒在200MPa冷等静压下压成片状试样，随后在800℃温度下烧去聚乙烯醇粘结剂；5.将上述预烧后的试样放在钼丝炉中，在常压还原气氛下进行烧结，烧结温度范围为1650℃，烧结时间为3小时；6.将烧结好的陶瓷样品在空气中于1300℃下退火处理8小时，最终获得致密透明的Cr4+Al2O3激光陶瓷材料。
该陶瓷材料的体积密度为3.98g/cm3。对Cr4+Al2O3透明激光陶瓷材料作光谱性能检测，其荧光发射光谱显示出具有良好的激光光学性能。在室温下用970nm的泵浦光源对该陶瓷材料进行激发，其荧光发射峰位在1220nm。
权利要求
1.一种Cr4+:Al2O3透明激光陶瓷材料的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤a.采用高纯99.99％Al2O3、99％MgO和99.99％Cr2O3为原料；以Al2O3为基体材料，以Cr2O3为激光激活掺杂材料，以MgO为电荷补偿掺杂材料；以Al2O3基体材料的重量为100作为计量基准，掺杂材料的掺入量为Cr2O30.05～1wt％，MgO 0.05～0.15％wt％；b.将按上述配方配制好的Al2O3基体材料和其他各掺杂材料进行搅拌混和，混合料在蒸馏水中混磨24小时；c.随后在150℃温度下烘干，然后加入浓度为5wt％的聚乙烯醇粘结剂，加入量为5wt％，并进行造粒；d.粉粒在200MPa冷等静压下压成片状试样，随后在800℃预烧3小时将聚乙烯醇粘结剂烧掉；e.将上述预烧后的试样放在钼丝炉中，在常压还原气氛下进行烧结，烧结温度范围为1650～1800℃，烧结时间为2～10小时；f.将烧结好的陶瓷样品在空气中于1300℃下退火处理3～8小时，最终获得致密透明的Cr4+:Al2O3激光陶瓷材料。
全文摘要
本发明涉及一种Cr
文档编号C04B35/622GK1778758SQ20051003013
公开日2006年5月31日 申请日期2005年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者杨秋红, 徐军, 曾智江, 苏良碧 申请人:上海大学