一种镝掺杂六方铝酸钇陶瓷粉体及其制备方法

一种镝掺杂六方铝酸钇陶瓷粉体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于陶瓷材料的制备技术领域，具体涉及一种镝掺杂六方铝酸钇陶瓷粉体及其制备方法。
【背景技术】
[0002]Y2O3-Al2O3体系材料因具有优异的光学性能而得到了广泛研宄。Y A-Al2O3体系材料包括YAlO3 (六方晶系YAH或斜方晶系YAP)，Y3Al5O12 (立方晶系YAG)和Y4Al2O9 (单斜晶系 YAM)。
[0003]?乙销石植石(Yttrium aluminum garnet，YAG)的化学式为 Y3Al5O12，恪点为1950°C，属于立方晶系，具有石榴石结构。YAG陶瓷具有良好的热稳定性，化学稳定性，可以用作高温结构材料。钇铝石榴石因其中心对称的立方晶体结构而具有光学各向同性，其理论光学透过率可以达到84%以上，因而可以用作激光基质材料或荧光基质材料。YAG陶瓷作为激光增益材料，较YAG单晶具有掺杂量高，易于制备，可以生产大尺寸、形状复杂的产品等优势。1995年，Ikesue利用反应烧结的方法制备出了 Nd: YAG透明陶瓷，并首先实现了激光输出。此后，YAG激光陶瓷被广泛研宄，目前YAG激光陶瓷最大激光功率达67kW。在荧光陶瓷方面，YAG荧光陶瓷在高温下的化学性质稳定，克服了传统LED封装材料(主要是环氧树脂)易于老化的缺点，且封装工艺简单，是LED封装材料潜在替代材料。日本的Nishiura制备了 Ce:YAG透明陶瓷，可以在蓝色光激发下产生黄色光，透射的蓝色光与激发出的黄色光混合形成白光，利用该陶瓷组装的LED发光效率达到73.51m/ffo Dy:YAG陶瓷可以在紫外光的激发下产生蓝色光和黄色光，二者混合而形成白光，是很好紫外光激发照明材料。
[0004]制备Dy:YAG陶瓷可以有两种方法，一种是用氧化物为原料，利用反应烧结的方法制备Dy:YAG陶瓷；另一种是以共沉淀法或溶胶凝胶燃烧法制备出Dy:YAG粉体，然后用Dy = YAG粉体烧结制备Dy = YAG陶瓷。在后一种方法制备Dy = YAG粉体的过程中，常常会有中间相YAH的出现。
[0005]Gandhi等应用共沉淀法制备了一系列的Y2O3-Al2O3体系化合物，并研宄了 Y 3A15012原料配比的粉体相变过程动力学。其认为YAG和YAH具有二种相互竞争的结晶驱动力，制备方法的差别决定了会结晶形成YAG还是YAH ;另外，制备方法会影响无定型相的结构，进而影响YAH的形成。Kakade利用溶胶凝胶法制备YAG的过程中，在930°C热处理得到的粉体为YAH和YAG的混合相，在1050°C转化为YAG相。Guo Xianzhong等用溶胶凝胶法制备YAG粉体，在830-905 °C热处理得到的粉体为YAH和YAG的混合相，在905 °C以上热处理得到的粉体为YAG相。其认为YAH的产生是阳离子偏析的结果，原料中柠檬酸和硝酸盐的摩尔数比会影响YAH的形成温度。Hess也研宄了 YAG粉体溶胶凝胶法合成过程的相转变过程，其将前驱体在800-925 °C短时间热处理得到的粉体为YAH和YAG混合相，延长保温时间或升高热处理温度都会得到YAG相。其研宄中以YAK)# Y #15012为原料比出现的YAH相的晶格常数相当，因而以Y3Al5O12配比的原料出现的YAH中，Al 203以无定型相的形式独立存在。
[0006]综合以上文献的研宄表明:YAH是在湿化学法合成YAG时经常出现的亚稳态相，YAH中存在无定型相的Al2O3,易于向YAG转化，在特定条件下，YAH只在狭窄的温度范围内短时间保温出现，因而需要严格控制制备条件。然而这些研宄往往采用传统的升温方法，升降温速率慢，反应时间长，得到的粉体为YAH和YAG的混合相，难以得到纯相的的YAH粉体，而稀土掺杂的YAH也少见报道。因而，要合成的Dy: YAH粉体，需要探索新的制备方法。

【发明内容】

[0007]本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种镝掺杂六方铝酸钇陶瓷粉体及其制备方法。
[0008]为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为:
[0009]一种镝掺杂六方铝酸钇陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0010](I)将五水硝酸镝、六水硝酸钇、九水硝酸铝和一水合柠檬酸混合，溶于去离子水中，加入氨水调节pH为I?2，充分搅拌后，蒸发水分、干燥后得到干凝胶；干凝胶经热处理、球磨干燥后得到前驱体粉；
[0011](2)将前驱体粉放入到石墨反应器中，置于放电等离子烧结设备中进行烧结，烧结结束后粉体冷却至室温，再经研磨得到镝掺杂六方铝酸钇陶瓷粉体。
[0012]按上述方案，所述五水硝酸镝、六水硝酸钇、九水硝酸铝和一水合柠檬酸的摩尔比为3Xx%:3X (l-x% ):5:4，其中X的取值范围为:0.5彡x彡6。
[0013]按上述方案，所述烧结为:以50?200 °C /min的升温速率升温到800°C?840°C的温度，保温I?lOmin。
[0014]按上述方案，所述烧结为:以100?150°C /min的升温速率升温到810°C?830°C的温度，保温3?5min。
[0015]按上述方案，烧结过程中，所述石墨反应器中保持非氧化气氛。
[0016]按上述方面，所述干凝胶热处理的温度为700°C?740°C。
[0017]按上述方案，所述研磨后得到的镝掺杂六方铝酸钇陶瓷粉体的粒径小于3微米。
[0018]上述制备方法制备得到的镝掺杂六方铝酸钇陶瓷粉体。
[0019]本发明的有益效果如下:本发明以五水硝酸镝、六水硝酸钇、九水硝酸铝和一水合柠檬酸为原料(Dy3Xx%Y3X(1_x%)Al5012的原料配比)，采用放电等离子烧结的方法，通过控制热处理温度、升温速率、保温时间等条件制备得到了传统热处理方法无法获得的亚稳相粉体Dy = YAH粉体，所述Dy = YAH粉体为粒径均匀细小、结晶相为单相YAH(YAlO3)的Dy = YAH粉体，该Dy: YAH粉体具有良好的烧结活性，可以应用于低温制备细晶的Dy: YAG粉体或Dy: YAG陶瓷。
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施实例I?4制得的镝掺杂六方铝酸钇陶瓷粉体(Dy:YAH粉体)的XRD衍射图谱，其中I为实施例1，2为实施例2，3为实施例3，4为实施例4。
[0021]图2为本发明实施实例I制得的镝掺杂六方铝酸钇陶瓷粉体(Dy:YAH粉体)的SEM形貌图。
[0022]图3为本发明实施实例2制得的镝掺杂六方铝酸钇陶瓷粉体(Dy:YAH粉体)的SEM形貌图。
[0023]图4为本发明实施实例3制得的镝掺杂六方铝酸钇陶瓷粉体(Dy:YAH粉体)的SEM形貌图。
[0024]图5为本发明实施实例4制得的镝掺杂六方铝酸钇陶瓷粉体(Dy:YAH粉体)的SEM形貌图。
[0025]图6为本发明实施实例I?4制得的镝掺杂钇铝石榴石(Dy: YAG)陶瓷的XRD衍射图谱，其中I为实施例1，2为实施例2，3为实施例3，4为实施例4。
[0026]图7为本发明实施实例I制得的镝掺杂钇铝石榴石陶瓷(Dy: YAG陶瓷)的SEM形貌图。
[0027]图8为本发明实施实例2制得的镝掺杂钇铝石榴石陶瓷(Dy: YAG陶瓷)的SEM形貌图。
[0028]图9为本发明实施实例3制得的镝掺杂钇铝石榴石陶瓷(Dy: YAG陶瓷)的SEM形貌图。
[0029]图10为本发明实施实例4制得的镝掺杂钇铝石榴石陶瓷(Dy:YAG陶瓷)的SEM形貌图。
【具体实施方式】
[0030]为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0031]实施例1
[0032]一种镝掺杂六方铝酸钇陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0033](I)将五水硝酸镝、六水硝酸钇、九水硝酸铝和一水合柠檬酸按照摩尔比为
0.5%:3(1-0.5% ):5:4混合，溶于去离子水中，加入氨水调节pH为1，充分搅拌后，蒸发水分、干燥后得到干凝胶；将干凝胶置于马弗炉中700°C热处理，球磨干燥后得到前驱体粉；
[0034](2)将前驱体粉置于石墨反应器中，石墨反应器置于大电流反应装置(放电等离子烧结设备)中，保持石墨反应器内的气氛为非氧化气氛，对石墨反应器施加脉冲电流，使其