专利名称：一种无团聚钇铝石榴石纳米粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及钇铝石榴石纳米粉体的制备方法，属于精细化工领域。
钇铝石榴石(YAG，Y3Al5O12)单晶是一种被广泛应用的激光介质材料，但由于制备大尺寸YAG单晶需要特殊的设备和复杂的工艺，所以造价高昂。相对于单晶，多晶陶瓷成本较低，因而透明YAG陶瓷就成为很有竞争力的用来替代单晶的激光材料。而要制备透明陶瓷需要有性能优异的YAG粉体，即粉体要颗粒细小并且无团聚，这样有利于气孔的排除而使陶瓷致密和透明。YAG除了在激光材料领域有广泛的应用外，由于具有优异的高温抗蠕变性能，YAG也是一种非常有前途的高温结构陶瓷。把YAG加入Al2O3中，或者以YAG为基体加入纤维、晶须、第二相颗粒，都可以获得性能优异的高温结构陶瓷，在冶金、航天等领域有较大应用。制备结构陶瓷也需要有性能优异的YAG粉体，并且这种粉体应当是造价低和易于生产的。另外，YAG粉体通过掺杂Ce3+等离子还可作为超短余辉荧光粉，在彩色电视机、显示器、扫描电子显微镜等领域有广泛应用。
国内外制备YAG粉体的方法主要有混合煅烧法、溶胶-凝胶法、水热法、醇热法、沉淀法等，但总体上还缺乏一种适合大规模生产优质YAG粉体的方法。例如混合煅烧法是把Y2O3和Al2O3按比例混合，在1800℃煅烧才能获得纯YAG，粉体颗粒大并且团聚严重；水热法产量低；而溶胶-凝胶法、醇热法都需醇盐作原料，尽管可以制备出纳米粉体，但价格较高，不适合大规模生产，并且有较多团聚。沉淀法是较早用来制备YAG粉体的方法，其优点是成本低廉，但粉体团聚严重，并且至今未见用此种方法制备纳米粉的报道。
本发明的目的是提供一种可大规模生产无团聚、无杂相纳米YAG粉体的方法。该方法工艺简单，产品质量稳定，由于不需要醇盐做原料，所以成本较低。
本发明提供的制备方法具体过程是
现将各有关过程详述如下1、无机盐的选择钇(Y)和铝(Al)的无机盐可以选择硫酸盐、硝酸盐或氯化物，Y的无机盐还可用市售的Y2O3溶于强酸中获得。
2、无机盐浓度的选择应控制在一定的浓度，浓度过高粉体容易产生团聚，浓度过低产量少。Y和Al离子的浓度分别控制在0.3-0.0015mol/l和0.5-0.0025mol/l之间。
3.表面活性剂的选择可以选择聚丙烯酸、聚乙二醇、聚环氧乙烷、犁酸、吐温80等表面活性剂。所加表面活性剂的量为钇和铝无机盐溶液重量的0.50～2.0％。
4.沉淀过程中的pH值应控制pH值在9-11之间，并强力搅拌，保证Y和Al能够完全沉淀。
5.沉淀的陈化及洗涤陈化有利于得到晶粒发育较好的粉体，且能提高粉体的收率及利于沉淀的分离，陈化时间控制在12-24小时之间。水洗是为了除去阴离子，如氯离子等，氯离子会严重降低粉体的性能，水洗后用有机溶剂脱水，能减少团聚。本发明选用醇类如乙醇作有机溶剂来脱水。
6.干燥干燥的目的是为了除去沉淀吸附的水分，这一过程容易产生团聚，因而采用在30℃长时间真空干燥。
7.热处理热处理是为了把沉淀得到的氢氧化物变成氧化物，热处理温度过低，YAG相转变不完全，热处理温度过高，YAG颗粒变大。因此热处理温度控制在700-1300℃之间，1000℃以下即出现YAG(Y3Al5O12)相。
8.用本发明提供的方法，改变工艺参数，使制备的无团聚钇铝石榴石(YAG)的晶粒尺寸可在20-100纳米之间。
图1是20纳米YAG粉体的X-射线衍射图，所有特征峰均为Y3Al5O12相，未出现Y4Al2O9和YAlO3等其它相；图2是20纳米YAG粉体的电子衍射图，衍射环清晰，表明YAG相晶型完整；图3是20纳米YAG粉体的透射电镜照片(12万倍)，基本上无团聚，由此可可见本发明突出的优点是1.制备工艺简单，工艺参数易控制。
2.原料来源广泛，成本低。
3.粉体的粒径小，无团聚。
4.产品质量稳定，纯度高。
下面结合实例进一步说明本发明的创新点而决非限制本发明。
实例1把YCl3和Al2(SO4)3溶于蒸馏水中，Y和Al离子的浓度分别为0.3mol/l和0.5mol/l，把此溶液和氨水同时加入到表面活性剂(聚丙烯酸，分子量为10000)的碱性溶液中，表面活性剂的量为钇和铝无机盐溶液重量的1％，调节pH值为10，获得胶状沉淀。陈化12小时，过滤，水洗后醇洗，30℃真空干燥，在1000℃热处理，获得纯YAG粉体的粒径为60纳米，制备的纳米YAG的主要技术指标列于表1。
表1
实例2把Y(NO3)3和Al2(NO3)3溶于蒸馏水中，Y和Al离子的浓度分别为0.003mol/l和0.005mol/l，把此溶液和氨水同时加入到表面活性剂(聚乙二醇，分子量为2000)的碱性溶液中，表面活性剂的量为钇和铝无机盐溶液重量的0.8％，调节pH值为9，获得胶状沉淀。陈化20小时，过滤，水洗后醇洗，真空干燥，在900℃热处理，获得纯YAG粉体的粒径为20纳米，制备的纳米YAG的主要技术指标列于表1。
实例3把Y(NO3)3和AlCl3溶于蒸馏水中，Y和Al离子的浓度分别为0.03mol/l和0.05mol/l，把此溶液和氨水同时加入到表面活性剂(吐温80)的碱性溶液中，表面活性剂的量为钇和铝无机盐溶液重量的1.5％。调节pH值为11，获得胶状沉淀。陈化24小时，过滤，水洗后醇洗，真空干燥，在1300℃热处理，获得纯YAG粉体的粒径为100纳米，制备的纳米YAG的主要技术指标列于表1。
实例4用市售的Y2O3溶于浓H2SO4中制得Y2(SO4)3和AlCl3溶于蒸馏水中，其浓度、沉淀、陈化过程均同实例1，获得纯YAG粉体粒径为50纳米。制备的纳米YAG的主要技术指标列于表1。
权利要求
1.一种无团聚钇铝石榴石(YAG)纳米粉体的制备方法，包括沉淀、洗涤、干燥、热处理过程，其特征在于(1)选用无机盐水溶液为原料，钇和铝离子的浓度分别控制在0.3-0.0015mol/l和0.5-0.0025mol/l之间；(2)表面活性剂为聚丙烯酸、聚乙二醇、聚环氧乙烷、犁酸、吐温80，所加表面活性剂的量为钇和铝无机盐溶液重量的0.5～2.0％；(3)沉淀过程pH值控制在9-11之间，并强力搅拌；(4)沉淀物陈化时间控制在12-24小时，水洗后用乙醇脱水；(5)在30℃温度下长时间真空干燥；(6)热处理温度控制在700-1300℃之间。
2.按权利要求1所述的制备方法，其特征在于所用的无机盐可以是钇和铝的硫酸盐、硝酸盐或氯化物，钇的无机盐还可用市售的Y2O3溶于强酸中获得。
3.按权利要求1所述的制备方法，其特征在于改变工艺参数，使制备的无团聚钇铝石榴石的晶粒尺寸可在20-100纳米之间。
4.按权利要求1所述的制备方法，其特征在低于1000℃热处理出现Y3Al5O12相。
全文摘要
一种无团聚钇铝石榴石(YAG)纳米粉体的制备方法,属于精细化工领域。本发明的主要特征是以Y和Al的无机盐水溶液为原料,通过调节pH值和添加表面活性剂获得胶状沉淀,在700—1300℃之间煅烧,可获得晶粒尺寸20纳米的无团聚或小团聚的、无其它杂相的的钇铝石榴石粉体。该方法的突出特点是,原料采用无机盐,在较低的温度热处理即可获得无团聚、无杂相纳米钇铝石榴石粉体。改变工艺条件,可制备出粒径为20～100纳米的粉体。
文档编号C04B35/50GK1241552SQ9911390
公开日2000年1月19日 申请日期1999年7月23日 优先权日1999年7月23日
发明者王宏志, 高濂 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所