激光陶瓷的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发光材料的制备领域，特别是涉及一种激光陶瓷的制备方法。
【背景技术】
[0002]碱土金属氟化物中，以氟化钙(CaF2)为代表，由于具有透光范围宽、吸收系数低、相对色散大、折射率低、损伤阈值高、声子能量低等一系列特点，作为一种优异的激光增益材料而被广泛研宄。
[0003]2009年，P.Aubry等人通过共沉淀方法制备了 Yb3+: CaF2m米前驱体，对前驱体进行真空烧结以及热等静压后得到了 Yb3+:CaF2陶瓷(P.Aubry, et.al.，Synthesisand optical characterizat1ns of Yb—doped CaF2 ceramics.0pt.Mater.，31 (2009) 750-753) o 2013年，Gang Lu等人利用共沉淀法合成了 Nd3+: CaF2粉体，并结合热压真空烧结制备了激光陶瓷(Gang Lu, Bingchu Mei, et.al.Fabricat1n and propertiesof highly transparent Nd-doped CaF2 ceramic.Mater Lett 115(2014) 162-164)。
[0004]上述方法存在以下缺陷:采用共沉淀法制备前驱体的工艺过程较难控制，难以一次性制备大量的粉体，且采用真空烧结或热压烧结时的温度高、时间长、能耗大，限制了发光离子掺杂的碱土金属氟化物激光陶瓷的规模化生产。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种激光陶瓷的制备方法，该制备方法工艺简单、容易控制、烧结温度低、制备周期短，可实现工业化批量生产。
[0006]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种激光陶瓷的制备方法，包括以下步骤:
[0008]S100:将分子式为MF2的氟化物粉体与分子式为ReFn的氟化物粉体按一定比例混合，作为反应原料；或者将分子式为Re = MFd^氟化物单晶粉碎后得到的粉晶作为反应原料；
[0009]其中，M为碱土金属离子，Re为Mn2+或稀土离子，η = 2或3 ;
[0010]S200:将所述反应原料研磨、混匀、干燥后得到前驱体粉末；
[0011 ] S300:将所述前驱体粉末放入模具中，置于放电等离子烧结炉中，在真空环境或保护气氛下，升温至600°C?1100°C，保温Omin?60min，冷却至室温后得到烧结体；
[0012]S400:将所述烧结体打磨、抛光后，得到离子掺杂的碱土金属氟化物激光陶瓷。
[0013]在其中一个实施例中，步骤S100中，所述分子式为MF2的氟化物粉体与所述分子式为ReFn的氟化物粉体的摩尔比为(99.5?60): (0.5?40)。
[0014]在其中一个实施例中，Re为 Dy3+、Yb3+、Nd3+、Er3+、Ce3+、Eu3+、Gd3+、Ho3+、Tm3+、Sm3+和Mn2+中的一种。
[0015]在其中一个实施例中，步骤S200中，采用球磨机对所述反应原料进行研磨；
[0016]球磨过程中，所采用的气氛为氩气气氛、氮气气氛或真空环境，所采用的助剂为乙醇或去离子水。
[0017]在其中一个实施例中，球磨转速彡250r/min，球磨时间彡Ih。
[0018]在其中一个实施例中，步骤S200中，干燥条件为:真空环境，60°C?120°C下干燥Ih ?24h0
[0019]在其中一个实施例中，在步骤S300之前，还包括以下步骤:
[0020]将步骤S200中得到的前驱体粉末进行研磨过筛，得到粒度< 100目的前驱体粉末。
[0021]在其中一个实施例中，步骤S300中，温度控制过程为:以10°C /min?200°C /min的升温速率升温至600 °C?1100 °C，保温Omin?60min后，随炉冷却至室温或以彡200 °C /min的降温速率降至室温。
[0022]在其中一个实施例中，步骤S300中，所述保护气氛为氮气气氛或氩气气氛。
[0023]在其中一个实施例中，步骤S300中，烧结过程中所述放电等离子烧结炉中的压力为 1MPa ?80MPa。
[0024]本发明的有益效果如下:
[0025]本发明的激光陶瓷的制备方法中，采用碱土金属氟化物粉体或掺杂发光离子的碱土金属氟化物粉晶作为反应原料，无需经过共沉淀即可得到前驱体粉末，过程简单，容易控制，有助于实现工业化的批量生产；同时，采用放电等离子方式进行烧结，降低了烧结温度和能耗，缩短了烧结时间和制备周期。
【附图说明】
[0026]图1为本发明激光陶瓷的制备方法一实施例的工艺流程图；
[0027]图2为实施例1中样品的XRD衍射图谱。
【具体实施方式】
[0028]以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0029]本发明提供了一种激光陶瓷的制备方法，适用于离子掺杂的碱土金属氟化物激光陶瓷的制备，尤其适用于离子掺杂的CaF2激光陶瓷的制备。参见图1，本发明的激光陶瓷的制备方法包括以下步骤:
[0030]SlOO:获取反应原料，包括以下两种方式:
[0031]方式一，将分子式为MF2的氟化物粉体与分子式为ReFn的氟化物粉体按一定比例混合，作为反应原料；方式二，将分子式为Re:MF2的氟化物单晶粉碎后得到的粉晶作为反应原料；其中，M为碱土金属离子，Re为Mn2+或稀土离子，η = 2或3。
[0032]在方式一中，分子式为MF2的氟化物粉体为主要的反应原料，包括CaF 2、BaF2, SrF2等碱土金属氟化物粉体，该碱土金属氟化物粉体为市售粉体，一般为多晶结构。较佳地，该市售粉体的纯度大于99.99%。
[0033]分子式为ReFJ^氟化物粉体的主要作用是为激光陶瓷提供Re离子，其中，Re离子为发光离子，在一定的激发条件下能够发光，本发明中，Re离子为锰离子或稀土离子。优选地，稀土离子选自 Dy2+、Yb3+、Nd3+、Er3+、Ce3+、Eu3+、Gd3+、Ho3+、Tm3+和 Sm3+中的一种。本发明中，所使用的分子式ReFn的氟化物粉体为市售粉体，纯度优选为99.99%以上。
[0034]较佳地，作为一种可实施方式，分子式为MF2的氟化物粉体与分子式为ReFn的氟化物粉体的摩尔比为(99.5?60): (0.5?40)。本发明可实现发光离子的高浓度均匀掺杂，可制备出发光强度更高、发光性能更好的激光陶瓷。
[0035]在方式二中，反应原料为发光离子掺杂的碱土金属氟化物粉晶，属于单晶结构。该单晶结构的碱土金属氟化物一般通过提拉法、坩祸下降法、温度梯度法制备而成，也可为市售单晶。
[0036]S200，制备前驱体粉末:将反应原料研磨、混匀、干燥后得到前驱体粉末。
[0037]作为一种可实施方式，采用球磨机对反应原料进行研磨。较佳地，为了防止反应原料被空气氧化，球磨过程中，所采用的气氛为氩气气氛、氮气气氛或真空环境；更佳地，在反应原料中加入助剂以加快研磨速度，并使原料充分混合。其中，助剂可选用去离子水或乙醇。同时，为了保证研磨速度和研磨质量，球磨转速大于等于250转/分，球磨时间大于等于I小时。进一步地，球磨所使用的球磨罐优选为玛瑙球磨罐、氧化锆和聚四氟乙烯球磨罐。
[0038]较佳地，真空环境下球磨时，真空度彡1^1Pao
[0039]此外，也可采用其他方式对反应原料进行研磨，如手工研磨。
[0040]步骤S2