一种激光透明陶瓷及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种激光透明陶瓷的制备方法，将原料进行称量制得粉体；将所述粉体进行干压成型，得到半成品；将所述半成品进行低温热处理，其中，所述低温热处理的温度为500~1100℃；将经过低温热处理的所述半成品进行热压振动烧结，其中，所述热压振动的烧结温度为1500~2000℃，压力为4~55Mpa；将经过热压振动烧结的所述半成品进行退火处理，退火温度为900~1500℃；将经过退火处理的所述半成品打磨抛光，制得Re：YAG激光透明陶瓷。相应的，本发明还公开了一种采用上述制备方法制得的激光透明陶瓷。采用本发明，可以同时满足烧结工艺耗时短、产品性能优异的要求。
【专利说明】一种激光透明陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及透明陶瓷领域，特别涉及一种稀土掺杂YAG的激光透明陶瓷及其制备方法。
【背景技术】
[0002]掺杂Nd的YAG透明陶瓷材料是近十几年来激光工作物质制备领域最为重要的创新成果。相对于单晶，多晶YAG陶瓷具有更好的光学性能和高温力学性能，且制备工艺简单、成本低廉，可替代单晶YAG，被广泛认为是非常优异的激光基质材料。
[0003]1990年，日本学者M.sekita等采用化学共沉淀法制备YAG粉料，用等静压成型和真空烧结工艺制得不同掺钕量的YAG陶瓷，其中lat%Nd:YAG陶瓷除具有较大的背景吸收外，其它光谱性能几乎与单晶Nd = YAG相同。1995年日本A.1kesue首次利用高纯度的A1203、Y2O3> Nd2O3为原料，以SiO2为烧结助剂，采用固相真空烧结工艺制备出高度透明的NdiYAG陶瓷，相对密度为99.98%，其折射率和热导率与单晶相当。在此基础上研制出了世界第一台能与Nd:YAG单晶激光器相媲美的透明Nd:YAG陶瓷激光器。在此推动下使得NdiYAG透明陶瓷制备技术得到飞速发展。随后，日本神岛(Konoshima)化学公司采用一种新的方法即:纳米技术制备粉料和真空烧结技术成功制备出了高透明Nd:YAG陶瓷。透明的Nd:YAG陶瓷的吸收、发射和荧光寿命等光学性能与单晶几乎一致，以这种陶瓷制备的激光器激光输出功率达317mw。
[0004]2007年2月，美国劳伦斯Livermore实验室的科学家们利用日本Konoshima化学公司生产的Nd:YAG透明陶瓷，研制的全固态热容激光器(SSHC，采用尺寸为100、100、20mm透明激光陶瓷作为激光工作物质)实现最大输出功率达67kw，它可以在7秒内将25mm厚的钢板击穿。这引起了各国国防部门的极大关注，使得Nd:YAG激光陶瓷材料代替激光晶体成为美国军方未来固体激光武器使用材料的重要选项。它代表了迄今固体激光技术发展的最高水平，并将成为未来10年最重要的演示论证项。
[0005]国内关于YAG透明陶瓷的研究始于2000年。2004年，东北大学采用高纯Al2O3和Nd2O3以及采用Y2(OH)5(NO3).ηΗ20热解自制的Y2O3超细粉为原料，采用固相反应工艺，得到了高透光的Nd:YAG陶瓷，其在可见光区最大透光率为63%，在红外光区的透光率接近70%。2006年5月，中国科学院上海硅酸盐研究所经过近6年的相关研究与大量的实验、测试，采用高纯商业A1203、Nd2O3和Y2O3超微粉体作为原料、在165(Tl780°C真空条件下保温IOh以上，成功制备了高质量的Nd:YAG透明陶瓷，在国内首次实现了 Nd:YAG透明陶瓷的激光输出。
[0006]从目前已有的文献和专利分析，较成熟的YAG透明陶瓷的制备方法是采用固相法或液相法制备氧化物或YAG粉体，然后将半成品进行真空烧结。真空烧结工艺虽然可以制备出质量较好的样品，但是该烧结工艺周期长，约2~3天，受限因素较多如升温速度、保温时间及降温速度等，不易控制，成本较高。
[0007]此外，采用真空烧结时，需要配合多种烧结助剂的使用，如TEOS、MgO、CaO或SiO2等，才使得产品烧结致密。但是，过多的使用烧结助剂等添加剂，会引入杂质，降低制品的纯度。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种激光透明陶瓷的制备方法，其在保证产品获得优异性能的前提下，仍能降低烧结工艺耗时，降低成本。
[0009]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种激光透明陶瓷的制备方法，减少烧结助剂的使用。
[0010]本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种采用上述激光透明陶瓷的制备方法制成的激光透明陶瓷。
[0011]为达到上述技术效果，本发明提供了一种激光透明陶瓷的制备方法，包括:
将原料按Y3Al5O12和RexYhAl5O12的化学计量比进行称量，制得粉体；
将所述粉体进行干压成型，得到半成品；
将所述半成品进行低温热处理，其中，所述低温热处理的温度为50(Tll0(rC ；
将经过低温热处理的所述半成品进行热压振动烧结，其中，所述热压振动的烧结温度为 150(T2000°C，压力为 4~ 55Mpa ；
将经过热压振动烧结的所述半成品进行退火处理，退火温度为90(Tl50(rC ；
将经过退火处理的所述半成品打磨抛光，制得Re =YAG激光透明陶瓷。
[0012]作为上述方案的改进，将经过低温热处理的所述半成品进行热压振动烧结的步骤包括:
首先，将所述半成品以8-12°C /分钟的速度升温至800-1200°C ；
然后，将所述半成品以4-8°C /分钟的速度升温至1500-200(TC，并保温l_3h，压力为10-30T ；
最后，将所述半成品随炉冷却。
[0013]作为上述方案的改进，将经过低温热处理的所述半成品进行热压振动烧结的步骤包括:
首先，将所述半成品以10°c /分钟的速度升温至1000°C ；
然后，将所述半成品以6°c /分钟的速度升温至1760°C，并保温2h，压力为20T ；
最后，将所述半成品随炉冷却。
[0014]作为上述方案的改进，将原料按Y3Al5O12和RexY3_xAl5012的化学计量比进行称量，通过固相法制得粉体，包括以下步骤:
采用A1203、Y2O3和稀土氧化物为主要原料，按Y3Al5O12和RexVxAl5O12的化学计量比进行称量；
以所述原料为基料，加入烧结助剂和溶剂混合球磨24~72h，得到浆料；
将所述浆料放入烘箱干燥，干燥温度为5(T10(TC，然后研磨过100-250目筛，得到粉体。
[0015]作为上述方案的改进，将原料按Y3Al5O1JPRexVxAl5O1J^化学计量比进行称量，通过共沉淀法制得粉体，包括以下步骤:
采用硝酸铝、硝酸钇和稀土硝酸盐为主要原料，按Y3Al5O1JPRexYhAl5O12的化学计量比进行称量，配置成浓度为0.08mol/r1.2mol/L的金属盐溶液；
将浓度为0.08mol/L~2.4mol/L的碳酸氢铵溶液按一定的速度滴定到所述金属盐溶液，边搅拌边滴定；
将沉淀液在室温下熟化15-30h后，对其进行抽滤、水洗、醇洗、干燥、研磨，得到预粉体，其中，干燥温度为5(Tl00°C ；
将所述预粉体于90(Tl20(TC下煅烧2-4h，制得Re =YAG粉体；
以所述Re:YAG粉体为基料，加入烧结助剂和溶剂混合球磨24~72h，得到浆料；
将所述浆料放入烘箱干燥，干燥温度为5(T10(TC，然后研磨过100-250目筛，得到粉体。
[0016] 作为上述方案的改进，所述烧结助剂为正硅酸乙酯，所述烧结助剂的添加量为所述原料质量的0~2wt% ；
所述溶剂为水或无水乙醇，所述溶剂的添加量与所述原料的质量之比为1:3~3:1。
[0017]作为上述方案的改进，所述球磨步骤采用Al2O3球和ZrO2球为球磨介质。
[0018]作为上述方案的改进，所述Y3Al5O12和RexY3_xAl5012中，x=0~3，Re为Nd、Cr、Yb、Er、Tb稀土元素中的一种或多种。
[0019]作为上述方案的改进，将经过退火处理的所述半成品打磨抛光，制得Re:YAG激光透明陶瓷的步骤包括:
将经过退火处理的所述半成品经过金刚石砂轮进行打磨，所述打磨包括表面粗磨和细
磨；
将经过打磨的所述半成品经过金刚石研磨膏进行抛光处理，制得Re:YAG激光透明陶瓷。
[0020]相应地，本发明提供了一种激光透明陶瓷，其采用Al2OyY2O3和稀土氧化物为主要原料，或者采用硝酸铝、硝酸钇和稀土硝酸盐为主要原料，将所述主要原料按Y3Al5O12和RexY3-XAl5O12的化学计量比进行称量，并通过如权利要求1-9任一项所述激光透明陶瓷的制备方法制得；
其中，x=0~3，Re为Nd、Cr、Yb、Er、Tb稀土元素中的一种或多种。
[0021]实施本发明具有如下有益效果:
一、本发明提供一种激光透明陶瓷及其制备方法，采用和以往不同的热压振动烧结方法制作上述激光透明陶瓷，能在保证产品获得高致密、晶粒均匀、气孔少、晶界和晶格缺陷少，透过率高等优异性能的前提下，仍能缩短烧结周期，降低烧结工艺耗时，降低成本。
[0022]首先，采用热压振动烧结工艺，被烧结材料在上下施加恒力的同时，施加一个可调振幅和频率的振动力,这样上下同时施加的是恒力加可变力，叠加就产生振动力。材料在热压过程中加快扩散致密。
[0023]其次，物料在热压振动烧结时，受到两个大小相同，方向相反的力。这两个力时刻也在变动，时刻达到一种动态的平衡，这样比原来传统的热压烧结的单向压力多出了一个受力面，可以使物料在这样的双向作用下达到最大可能的致密，从而达到本物料的最佳性倉泛。
[0024]再次，在热压后期的扩散爬移阶段，材料内部伴随收缩，其大部分气孔已经排除，气孔的收缩速度会大幅度减少，而且气孔大部分变成闭气孔，彼此孤立的闭气孔受到扩散爬移的应力影响仍会不断收缩。而随着封闭气孔内压力增大，进一步排除这些孤立气孔就变得比较困难。扩散爬移的速度是去掉封闭气孔的关键。而本发明热压振动烧结工艺，可变频率和振幅的外加振动力提供了激励因子，增加了扩散爬移速度。达到了最后排除气孔的作用。因此，热压振动烧结主要是利用了振动这一项，使物料在高温状态下形成更均匀的内部结构，可以使物料尽可能的致密。
[0025]总之，热压振动烧结工艺在物料高温烧结的同时，给物料外加一个压力，使物料在压力状态下进行烧结，这样，物料容易得到充分致密化。而且，可使物料在高温状态下形成更均匀的内部结构，这样可以缩短本发明激光透明陶瓷的烧结周期至IOlOh左右，烧结周期明显快于真空烧结，且升温速度快、保温时间短、水冷快速降温，有效降低成本。同时，还可达到更佳的性能、更高的指标，所制得的激光透明陶瓷致密度高(密度可达4.60g/cm3),晶粒均匀，气孔少，晶界和晶格缺陷少，透过率高、在可见光区透光率>70%，红外区透光率
>80% ο
[0026]二、由于本发明采用的是热压振动烧结，在烧结时会对粉体施加压力和振动能够使产品快速烧结致密，因此，本发明只需采用一种烧结助剂正硅酸乙酯即可达到相应的效果，且其添加量为(T2wt%，避免了过多使用烧结助剂，减少杂质的引入，提高制品的纯度、致密度，简化了制备工艺。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明一种激光透明陶瓷的制备方法一实施例的流程图；
图2是本发明一种激光透明陶瓷的制备方法又一实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0028]为使本发明的目的`、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
[0029]透明激光陶瓷的制备工艺过程与一般陶瓷制品大致相同，包括粉体制备，成型，烧结及后处理等工艺。但是透明陶瓷的制备也有其自身的特点；当光通过某一介质时，由于介质的吸收、反射、散射和折射等效应而使其强度衰减。在吸收很小的多晶材料中，散射可能是减弱光强的主要原因，这也是制备透明陶瓷的困难之一。散射的主要原因是多晶中的气孔、非主晶相、在一个相中的成份梯度变化、晶界和晶格缺陷等。因此要使陶瓷具有透光性，就应该从工艺上尽量减少气孔、杂质、晶界等各种缺陷造成的光散射和吸收，从而制备出致密透明的陶瓷体。
[0030]为了获得高透过率的透明陶瓷，就要求在真空烧结时考虑升温速度、保温时间和降温速度等工艺因素，通过缓慢升温、长时间保温及缓慢降温等使陶瓷可以获得高致密度、晶粒均匀、低气孔率、晶界和晶格缺陷小、高透过率等优异性能，这就使得烧结工艺耗时长、受限因素较多、成本较高。
[0031]即，现有的激光透明陶瓷的制备方法不能同时满足烧结工艺耗时短、产品性能优异的要求。
[0032]参见图1，本发明提供了激光透明陶瓷的制备方法的一实施例，包括:
SlOl，采用Al2O3J2O3和稀土氧化物为主要原料，按Y3Al5O12和RexY3_xAl5012的化学计量比进行称量。
[0033]所述Y3Al5O12 和 RexY3_xAl5012 中，x=0~3，Re 为 Nd、Cr、Yb、Er、Tb 稀土元素中的一种或多种。
[0034]优选的，Re为Yb、Er、Tb稀土元素中的任一种。
[0035]S102,以所述原料为基料，加入烧结助剂和溶剂混合球磨24~72h，得到浆料。
[0036]具体的，所述烧结助剂优先选用正硅酸乙酯，所述烧结助剂的添加量为所述原料质量的(T2wt% ;所述溶剂优先选用水或无水乙醇，所述溶剂的添加量与所述原料的质量之比为1:3~3:1。
[0037]所述球磨步骤采用Al2O3球和ZrO2球为球磨介质。
[0038]S103，将所述浆料放入烘箱干燥，干燥温度为5(T10(TC，然后研磨过100~250目筛，得到粉体。
[0039]S104，将所述粉体进行干压成型，得到半成品。
[0040]具体的，步骤S104包括:
将所述粉体置于模具中；
将填有所述粉体的模具置于压机中进行干压成型，得到半成品，所述压机的公称压力为 20~200T。
[0041]优选的，干压成型的压力为38~60Τ。
[0042]更佳的，干压成型的压力为40 T、45 T、50 T或55Τ。
[0043]需要说明的是，本步骤根据激光透明陶瓷所需的形状和尺寸制作出相应的模具，再将经过预处理的粉体置于该模具中，经压机施加压力进行干压成型，得到致密坯体。
[0044]S105，将所述半成品进行低温热处理，其中，所述低温热处理的温度为500^1IOO0C ο
[0045]优选的，低温热处理的温度为50(Ti00(rc。
[0046]更佳的，低温热处理的温度为60(T800°C。
[0047]S106，将经过低温热处理的所述半成品进行热压振动烧结，其中，所述热压振动的烧结温度为150(T2000°C，压力为4~55Mpa。
[0048]优选的，所述热压振动烧结的烧结温度为160(Tl90(TC，压力为5~50MPa。
[0049]进一步，所述热压振动烧结通过不同的速率升温至不同的温度，再在不同的温度下进行烧结，可以使烧结反应更为充分、均化。具体的，所述热压振动烧结的烧结机制如下:首先，将所述半成品以8-12°C /分钟的速度升温至800-1200°C ;然后，将所述半成品以4-8°C /分钟的速度升温至1500-2000°C，并保温l_3h，压力为10-30T ;最后，将所述半成品随炉冷却。
[0050]更佳的，热压振动烧结的具体烧结机制如下:首先，将所述半成品以10°C /分钟的速度升温至1000°c ;然后，将所述半成品以6°C /分钟的速度升温至1760°C，并保温2h，压力为20T ;最后，将所述半成品随炉冷却。
[0051]一开始，在较低的温度下(室温~1000°C )时，制品尚未有烧结反应，也未有收缩，可以适当以10°C /分钟速率的快速升温，可以缩短烧结工艺耗时；而在温度为100(Tl76(rC时，有YAG的固相法应，制品也逐步致密化，此时降低升温速率，可以使反应更为充分、均化。最后，随炉冷却、缓慢降温。通过上述三个不同阶段的烧结温度、升/降温速率的控制，可以使陶瓷获得高致密度、晶粒均匀、低气孔率、晶界和晶格缺陷小、高透过率等优异性能。
[0052]S107，将经过热压振动烧结的所述半成品进行退火处理，退火温度为90(Tl50(rC。
[0053]优选的，所述退火温度为100(Tl400°C。
[0054] 更佳的，所述半成品在退火处理过程中，以2_8°C /分钟从室温升至1200°C并保温TlOh0
[0055]S108，将经过退火处理的所述半成品打磨抛光，制得Re:YAG激光透明陶瓷。
[0056]具体的，步骤S108包括:
将经过退火处理的所述半成品经过金刚石砂轮进行打磨，所述打磨包括表面粗磨和细
磨；
将经过打磨的所述半成品经过金刚石研磨膏进行抛光处理，制得Re:YAG激光透明陶瓷。
[0057]参见图2，本发明提供了激光透明陶瓷的制备方法的又一实施例，包括:
S201，采用硝酸铝、硝酸钇和稀土硝酸盐为主要原料，按Y3Al5O12和RexY3_xAl5012的化学计量比进行称量，配置成浓度为0.08mol/L^l.2mol/L的金属盐溶液。
[0058]所述Y3Al5O12 和 RexY3_xAl5012 中，x=0~3，Re 为 Nd、Cr、Yb、Er、Tb 稀土元素中的一种或多种。
[0059]优选的，Re为Yb、Er、Tb稀土元素中的任一种。
[0060]S202，将浓度为0.08mol/L~2.4mol/L的碳酸氢铵溶液按一定的速度滴定到所述金属盐溶液，边搅拌边滴定。
[0061]优选的，所述滴定速度为20-60滴/分钟。
[0062]更佳的，所述滴定速度为40滴/分钟。
[0063]S203，将沉淀液在室温下熟化15_30h后，对其进行抽滤、水洗、醇洗、干燥、研磨，得到预粉体，其中，干燥温度为5(noo°c。
[0064]S204,将所述预粉体于90(Tl20(TC下煅烧2_4h，制得Re =YAG粉体。
[0065]S205,以所述Re =YAG粉体为基料，加入烧结助剂和溶剂混合球磨24~72h，得到浆料。
[0066]具体的，所述烧结助剂优先选用正硅酸乙酯，所述烧结助剂的添加量为所述原料质量的(T2wt% ;所述溶剂优先选用水或无水乙醇，所述溶剂的添加量与所述原料的质量之比为1:3~3:1。
[0067]所述球磨步骤采用Al2O3球和ZrO2球为球磨介质。
[0068]S206,将所述浆料放入烘箱干燥，干燥温度为5(TlO(TC，然后研磨过100~250目筛，得到粉体。
[0069]S207，将所述粉体进行干压成型，得到半成品。
[0070]具体的，步骤S207包括:
将所述粉体置于模具中；
将填有所述粉体的模具置于压机中进行干压成型，得到半成品，所述压机的公称压力为 20~200T。
[0071]优选的，干压成型的压力为38~60Τ。
[0072]更佳的，干压成型的压力为40 T、45 T、50 T或55Τ。[0073]需要说明的是，本步骤根据激光透明陶瓷所需的形状和尺寸制作出相应的模具，再将经过预处理的粉体置于该模具中，经压机施加压力进行干压成型，得到致密坯体。
[0074]S208,将所述半成品进行低温热处理，其中，所述低温热处理的温度为500^1IOO0C ο
[0075]优选的，低温热处理的温度为500°C ^lOOO0C。
[0076]更佳的，低温热处理的温度为600°C "800°C。
[0077]S209，将经过低温热处理的所述半成品进行热压振动烧结，其中，所述热压振动的烧结温度为150(T2000°C，压力为4~55Mpa。
[0078]优选的，所述热压振动烧结的烧结温度为160(Tl90(TC，压力为5~50MPa。
[0079]进一步，所述热压振动烧结通过不同的速率升温至不同的温度，再在不同的温度下进行烧结，可以使烧结反应更为充分、均化。具体的，所述热压振动烧结的烧结机制如下:首先，将所述半成品以8-12°C /分钟的速度升温至800-1200°C ;然后，将所述半成品以4-8°C /分钟的速度升温至1500-2000°C，并保温l_3h，压力为10-30T ;最后，将所述半成品随炉冷却。
[0080]更佳的，热压振动烧结的具体烧结机制如下:首先，将所述半成品以10°C /分钟的速度升温至1000°c ;然后，将所述半成品以6°C /分钟的速度升温至1760°C，并保温2h，压力为20T ;最后，将所述半成品随炉冷却。
[0081]一开始，在较低的温度下(室温~1000°C )时，制品尚未有烧结反应，也未有收缩，可以适当以10°C /分钟速率的快速升温，可以缩短烧结工艺耗时；而在温度为100(Tl76(rC时，有YAG的固相法应，制品也逐步致密化，此时降低升温速率，可以使反应更为充分、均化。最后，随炉冷却、缓慢降温。`通过上述三个不同阶段的烧结温度、升/降温速率的控制，可以使陶瓷获得高致密度、晶粒均匀、低气孔率、晶界和晶格缺陷小、高透过率等优异性能。
[0082]S210，将经过热压振动烧结的所述半成品进行退火处理，退火温度为90(Tl50(rC。
[0083]优选的，所述退火温度为100(Tl400°C。
[0084]更佳的，所述半成品在退火处理过程中，以2_8°C /分钟从室温升至1200°C并保温TlOh0
[0085]S211，将经过退火处理的所述半成品打磨抛光，制得Re:YAG激光透明陶瓷。
[0086]具体的，步骤S211包括:
将经过退火处理的所述半成品经过金刚石砂轮进行打磨，所述打磨包括表面粗磨和细
磨；
将经过打磨的所述半成品经过金刚石研磨膏进行抛光处理，制得Re:YAG激光透明陶瓷。
[0087]与现有技术相比，图1和图2所示的实施例均采用热压振动烧结工艺进行透明陶瓷的烧结处理:
首先，采用热压振动烧结工艺，被烧结材料在上下施加恒力的同时，施加一个可调振幅和频率的振动力，这样上下同时施加的是恒力加可变力，叠加就产生振动力。材料在热压过程中加快扩散致密。
[0088]其次，物料在热压振动烧结时，受到两个大小相同，方向相反的力。这两个力时刻也在变动，时刻达到一种动态的平衡，这样比原来传统的热压烧结的单向压力多出了一个受力面，可以使物料在这样的双向作用下达到最大可能的致密，从而达到本物料的最佳性倉泛。
[0089]再次，在热压后期的扩散爬移阶段，材料内部伴随收缩，其大部分气孔已经排除，气孔的收缩速度会大幅度减少，而且气孔大部分变成闭气孔，彼此孤立的闭气孔受到扩散爬移的应力影响仍会不断收缩。而随着封闭气孔内压力增大，进一步排除这些孤立气孔就变得比较困难。扩散爬移的速度是去掉封闭气孔的关键。而本发明热压振动烧结工艺，可变频率和振幅的外加振动力提供了激励因子，增加了扩散爬移速度。达到了最后排除气孔的作用。因此，热压振动烧结主要是利用了振动这一项，使物料在高温状态下形成更均匀的内部结构，可以使物料尽可能的致密。
[0090]总之，热压振动烧结工艺在物料高温烧结的同时，给物料外加一个压力，使物料在压力状态下进行烧结，这样，物料容易得到充分致密化。而且，可使物料在高温状态下形成更均匀的内部结构，这样可以缩短本发明激光透明陶瓷的烧结周期至IOlOh左右，烧结周期明显快于真空烧结，且升温速度快、保温时间短、水冷快速降温，有效降低成本。同时，还可达到更佳的性能、更高的指标，所制得的激光透明陶瓷致密度高(密度可达4.60g/cm3),晶粒均匀，气孔少，晶界和晶格缺陷少，透过率高、在可见光区透光率>70%，红外区透光率
>80% ο
[0091]即，本发明能在保证产品获得高致密、晶粒均匀、气孔少、晶界和晶格缺陷少，透过率高等优异性能的前提下，仍能缩短烧结周期，降低烧结工艺耗时，降低成本。
[0092]此外，由于本发明采用的是热压振动烧结，在烧结时会对粉体施加压力和振动能够使产品快速烧结致密，因此，本发明只需采用一种烧结助剂正硅酸乙酯即可达到相应的效果，且其添加量为(T2wt%，避免了过多使用烧结助剂，减少杂质的引入，提高制品的纯度、致密度，简化了制备工艺。而采用真空烧结时，由于没有外加压力的作用，烧结过程缓慢，而且需要多种烧结助剂如TE0S、Mg0、Ca0或SiO2等其中的一种或多种，才使得产品烧结致密。
[0093]下面以具体实施例对 本发明作进一步阐述，以披露更多的技术细节:
实施例1
(I)将17ga -Al2O3粉体，22.374gY203粉体，0.35gNd203粉体和0.1986g正硅酸乙酯放入装有120g高纯氧化铝球的球磨罐中，加入无水乙醇30ml，然后球磨混合48h得到浆料；(2)将浆料在60°C的烘箱中干燥，然后过100目筛，然后干压成型，压力为50T，得到半成品素坯；(3)将素坯于600°C进行热处理，保温0.5h ； (4)将热处理后的素坯在振动热压炉中烧结，具体烧结机制如下:先以10°C /分钟的速度升温至1000°C，然后以6°C /分钟的速度升温至1760°C，并保温2h，压力为20T，然后随炉自然水冷降温。(5)振动热压烧结得到的样品在硅钥棒炉中退火处理，退火机制为以5°C /分钟从室温升至1200°C并保温2h，然后随炉冷却；(6)最后对退火处理过的样品进行打磨、抛光得到高透过率的Re:YAG激光透明陶瓷。
[0094]实施例2
(I)将17g a -Al2O3粉体，22.374gY203粉体，0.35gNd203粉体和0.1986g正硅酸乙酯放入装有120g高纯氧化铝球的球磨罐中，加入无水乙醇30ml，然后球磨混合48h得到浆料；(2)将浆料在60°C的烘箱中干燥，然后过100目筛，然后干压成型，压力为50T，得到半成品素坯；(3)将素坯于800°C进行热处理，保温Ih ; (4)将热处理后的素坯在振动热压炉中烧结，具体烧结机制如下:先以8°C /分钟的速度升温至1000°C，然后以4°C /分钟的速度升温至1560°C，并保温3h，压力为10T，然后随炉自然水冷降温。(5)振动热压烧结得到的样品在硅钥棒炉中退火处理，退火机制为以6°C /分钟从室温升至1200°C并保温5h，然后随炉冷却；
(6)最后对退火处理过的样品进行打磨、抛光得到高透过率的Re =YAG激光透明陶瓷。
[0095]实施例3
(I)将17ga -Al2O3粉体，22.374gY203粉体，0.35gNd203粉体和0.1986g正硅酸乙酯放入装有120g高纯氧化铝球的球磨罐中，加入无水乙醇30ml，然后球磨混合48h得到浆料；(2)将浆料在60°C的烘箱中干燥，然后过100目筛，然后干压成型，压力为50T，得到半成品素坯；(3)将素坯于700°C进行热处理，保温2h ； (4)将热处理后的素坯在振动热压炉中烧结，具体烧结机制如下:先以12°C /分钟的速度升温至1100°C，然后以7V /分钟的速度升温至1900°C，并保温lh，压力为10T，然后随炉自然水冷降温。(5)振动热压烧结得到的样品在硅钥棒炉中退火处理，退火机制为以4°C /分钟从室温升至1200°C并保温8h，然后随炉冷却；(6)最后对退火处理过的样品进行打磨、抛光得到高透过率的Re:YAG激光透明陶瓷。
[0096]实施例4
(I)将37.5g硝酸铝、22.75g硝酸钇和0.21g硝酸钕加蒸馏水配置成333ml的金属盐溶液，将31.62g碳酸氢铵加蒸馏水配置成667ml的溶液；(2)将碳酸氢铵溶液滴定到金属盐溶液中，边搅拌边滴定，滴定速度为40滴/分钟；(3)滴定完后将沉淀物熟化24h，然后过滤、水洗、醇洗，然后放入烘箱60°C烘干；(4)将粉体研磨后置于硅碳棒炉于1100°C煅烧，保温3h ；(5)将煅烧过的粉体和0.1g正硅酸乙酯放入装有80g高纯氧化铝球的球磨罐中，加入无水乙醇15ml，然后球磨混合24h得到浆料；(2)将浆料在60°C的烘箱中干燥，然后过150目筛，然后干压成型，压力为50T，得到半成品素坯；(3)将素坯于600°C进行热处理，保温0.5h ; (4)将热处理后的素坯在振动热压炉中烧结，具体烧结机制如下:先以10°C /分钟的速度升温至1000°C，然后以6°C` /分钟的速度升温至1760°C，并保温2h，压力为20T，然后随炉自然水冷降温；(5)振动热压烧结得到的样品在硅钥棒炉中退火处理，退火机制为以5°C /分钟从室温升至1200°C并保温2h，然后随炉冷却；(6)最后对退火处理过的样品进行打磨、抛光得到高透过率的Re =YAG激光透明陶瓷。
[0097]实施例5
(I)将37.5g硝酸铝、22.75g硝酸钇和0.21g硝酸钕加蒸馏水配置成333ml的金属盐溶液，将31.62g碳酸氢铵加蒸馏水配置成667ml的溶液；(2)将碳酸氢铵溶液滴定到金属盐溶液中，边搅拌边滴定，滴定速度为40滴/分钟；(3)滴定完后将沉淀物熟化24h，然后过滤、水洗、醇洗，然后放入烘箱60°C烘干；(4)将粉体研磨后置于硅碳棒炉于110(TC煅烧，保温3h ；(5)将煅烧过的粉体和0.1g正硅酸乙酯放入装有80g高纯氧化铝球的球磨罐中，加入无水乙醇15ml，然后球磨混合24h得到浆料；(2)将浆料在60°C的烘箱中干燥，然后过150目筛，然后干压成型，压力为50T，得到半成品素坯；(3)将素坯于500°C进行热处理，保温Ih ； (4)将热处理后的素坯在振动热压炉中烧结，具体烧结机制如下:先以9°C /分钟的速度升温至900°C，然后以5°C /分钟的速度升温至1660°C，并保温3h，压力为25T，然后随炉自然水冷降温；(5)振动热压烧结得到的样品在硅钥棒炉中退火处理，退火机制为以6°C /分钟从室温升至1200°C并保温2h，然后随炉冷却；(6)最后对退火处理过的样品进行打磨、抛光得到高透过率的Re:YAG激光透明陶瓷。
[0098]实施例6(I)将37.5g硝酸铝、22.75g硝酸钇和0.21g硝酸钕加蒸馏水配置成333ml的金属盐溶液，将31.62g碳酸氢铵加蒸馏水配置成667ml的溶液；(2)将碳酸氢铵溶液滴定到金属盐溶液中，边搅拌边滴定，滴定速度为40滴/分钟；(3)滴定完后将沉淀物熟化24h，然后过滤、水洗、醇洗，然后放入烘箱60°C烘干；(4)将粉体研磨后置于硅碳棒炉于1100°C煅烧，保温3h ；(5)将煅烧过的粉体和0.1g正硅酸乙酯放入装有80g高纯氧化铝球的球磨罐中，加入无水乙醇15ml，然后球磨混合24h得到浆料；(2)将浆料在60°C的烘箱中干燥，然后过150目筛，然后干压成型，压力为50T，得到半成品素坯；(3)将素坯于700°C进行热处理，保温1.5h ; (4)将热处理后的素坯在振动热压炉中烧结，具体烧结机制如下:先以11°C /分钟的速度升温至1050°C，然后以5°C /分钟的速度升温至1800°C，并保温2.5h，压力为15T，然后随炉自然水冷降温；(5)振动热压烧结得到的样品在硅钥棒炉中退火处理，退火机制为以5°C /分钟从室温升至1200°C并保温2h，然后随炉冷却；(6)最后对退火处理过的样品进行打磨、抛光得到高透过率的Re =YAG激光透明陶瓷。
[0099]对比例I
(I)将 17ga -Al2O3粉体，22.374gY203粉体，0.35gNd203粉体和 0.2g TE0S,0.2gSi02 放入装有120g高纯氧化铝球的球磨罐中，加入无水乙醇30ml，然后球磨混合48h得到浆料；(2)将浆料在60°C的烘箱中干燥，然后过100目筛，然后干压成型，压力为50T，得到半成品素坯；(3)将素坯于600°C进行热处理，保温0.5h ； (4)将热处理后的素坯进行1750°C真空烧结，保温10h。(5)真空烧结得到的样品在硅钥棒炉中退火处理，退火机制为以5°C /分钟从室温升至1200°C并保温2h，然后随炉冷却；(6)最后对退火处理过的样品进行打磨、抛光得到高透过率的Re =YAG激光透明陶瓷。
[0100]对比例2
(I)将37.5g硝酸铝、22.75g硝酸钇和0.21g硝酸钕加蒸馏水配置成333ml的金属盐溶液，将31.62g碳酸氢铵加蒸馏水配置成667ml的溶液；(2)将碳酸氢铵溶液滴定到金属盐溶液中，边搅拌边滴定，滴定速度为40滴/分钟；(3)滴定完后将沉淀物熟化24h，然后过滤、水洗、醇洗，然后放入烘箱60°C烘干；(4)将粉体研磨后置于硅碳棒炉于1100°C煅烧，保温3h ; (5)将煅烧过的粉体和0.2g CaO和0.1gSiO2放入装有80g高纯氧化铝球的球磨罐中，加入无水乙醇15ml，然后球磨混合24h得到浆料；(2)将浆料在60°C的烘箱中干燥，然后过150目筛，然后干压成型，压力为50T，得到半成品素坯；(3)将素坯于600°C进行热处理，保温0.5h ; (4)将热处理后的素坯进行1750°C真空烧结，保温IOh ; (5)真空烧结得到的样品在硅钥棒炉中退火处理，退火机制为以5°C /分钟从室温升至1200°C并保温2h，然后随炉冷却；(6)最后对退火处理过的样品进行打磨、抛光得到高透过率的Re =YAG激光透明陶瓷。
[0101]将实施例1-6所制得的激光透明陶瓷作以下技术检测，并与对比例1-2采用真空烧结制得的透明陶瓷作对比，同时记录各个制备过程中的技术参数，结果如表一所示:
【权利要求】
1.一种激光透明陶瓷的制备方法，其特征在于，包括: 将原料按Y3Al5O12和RexYhAl5O12的化学计量比进行称量，制得粉体； 将所述粉体进行干压成型，得到半成品； 将所述半成品进行低温热处理，其中，所述低温热处理的温度为50(Tll0(rC ； 将经过低温热处理的所述半成品进行热压振动烧结，其中，所述热压振动的烧结温度为 150(T2000°C，压力为 4~55Mpa ； 将经过热压振动烧结的所述半成品进行退火处理，退火温度为90(Tl50(rC ； 将经过退火处理的所述半成品打磨抛光，制得Re =YAG激光透明陶瓷。
2.如权利要求1所述的激光透明陶瓷的制备方法，其特征在于，将经过低温热处理的所述半成品进行热压振动烧结的步骤包括: 首先，将所述半成品以8-12°C /分钟的速度升温至800-1200°C ； 然后，将所述半成品以4-8°C /分钟的速度升温至1500-200(TC，并保温l_3h，压力为10-30T ； 最后，将所述半成品随炉冷却。
3.如权利要求2所述的激光透明陶瓷的制备方法，其特征在于，将经过低温热处理的所述半成品进行热压振动烧结的步骤包括: 首先，将所述半成品以10°c /分钟的速度升温至1000°C ； 然后，将所述半成品以6°c /分钟的速度升温至1760°C，并保温2h，压力为20T ； 最后，将所述半成品随炉冷却。
4.如权利要求1所述的激光透明陶瓷的制备方法，其特征在于，将原料按Y3Al5O1JPRexY3-XAl5O12的化学计量比进行称量，通过固相法制得粉体，包括以下步骤: 采用A1203、Y2O3和稀土氧化物为主要原料，按Y3Al5O12和RexY3_xAl5012的化学计量比进行称量； 以所述原料为基料，加入烧结助剂和溶剂混合球磨24~72h，得到浆料； 将所述浆料放入烘箱干燥，干燥温度为5(T10(TC，然后研磨过100-250目筛，得到粉体。
5.如权利要求1所述的激光透明陶瓷的制备方法，其特征在于，将原料按Y3Al5O1JPRexY3-XAl5O12的化学计 量比进行称量，通过共沉淀法制得粉体，包括以下步骤: 采用硝酸铝、硝酸钇和稀土硝酸盐为主要原料，按Y3Al5O1JPRexYhAl5O12的化学计量比进行称量，配置成浓度为0.08mol/L^l.2mol/L的金属盐溶液； 将浓度为0.08mol/L~2.4mol/L的碳酸氢铵溶液按一定的速度滴定到所述金属盐溶液，边搅拌边滴定； 将沉淀液在室温下熟化15-30h后，对其进行抽滤、水洗、醇洗、干燥、研磨，得到预粉体，其中，干燥温度为5(Tl00°C ； 将所述预粉体于90(Tl20(TC下煅烧2-4h，制得Re =YAG粉体； 以所述Re:YAG粉体为基料，加入烧结助剂和溶剂混合球磨24~72h，得到浆料； 将所述浆料放入烘箱干燥，干燥温度为5(T10(TC，然后研磨过100-250目筛，得到粉体。
6.如权利要求4或5所述的激光透明陶瓷的制备方法，其特征在于，所述烧结助剂为正硅酸乙酯，所述烧结助剂的添加量为所述原料质量的0-2wt% ； 所述溶剂为水或无水乙醇，所述溶剂的添加量与所述原料的质量之比为1:3~3:1。
7.如权利要求6所述的激光透明陶瓷的制备方法，其特征在于，所述球磨步骤采用Al2O3球和ZrO2球为球磨介质。
8.如权利要求1-5任一项所述的激光透明陶瓷的制备方法，其特征在于，所述Y3Al5O12和RexY3-xAl5012中，x=0~3，Re为Nd、Cr、Yb、Er、Tb稀土元素中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的激光透明陶瓷的制备方法，其特征在于，将经过退火处理的所述半成品打磨抛光，制得Re =YAG激光透明陶瓷的步骤包括: 将经过退火处理的所述半成品经过金刚石砂轮进行打磨，所述打磨包括表面粗磨和细磨； 将经过打磨的所述半成品经过金刚石研磨膏进行抛光处理，制得Re:YAG激光透明陶瓷。
10.一种激光透明陶瓷，其特征在于，其采用ai2o3、y2o3和稀土氧化物为主要原料，或者米用硝Ife招、硝Ife乾和稀土硝Ife盐为王要原料，将所述王要原料按Y3Al5O12和RexY3_xAl5012的化学计量比进行称量，并通过如权利要求1-9任一项所述激光透明陶瓷的制备方法制得； 其中，x=0~3，Re为Nd、Cr、Yb、Er、Tb稀土元素中的一种或多种。
【文档编号】C04B35/44GK103482970SQ201310411462
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】冯斌, 李小燕, 周耀, 刘桔英, 王玉梅, 王保荣 申请人:佛山市南海金刚新材料有限公司, 佛山市陶瓷研究所有限公司