一种ZrO2、LiF共掺杂真空烧结氧化镥透明陶瓷的方法技术

本发明专利技术公开了一种ZrO2、LiF共掺杂真空烧结氧化镥透明陶瓷的方法。该方法对常规真空烧结制备氧化镥透明陶瓷的方法进行了改良，结合了LiF和ZrO2的助烧性能优点，通过工艺步骤的优化，避免了各自的劣势，最终用简单的工艺步骤，获得了高透明的氧化镥陶瓷。本发明专利技术的制备方法简单、成本低、效率高。并且本发明专利技术获得到氧化镥透明陶瓷透过率高，接近氧化镥理论透过率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及透明陶瓷制备技术方法，具体涉及一种ZrO2、LiF共掺杂真空烧结氧化镥透明陶瓷的方法。
技术介绍
氧化镥(Lu2O3)属于立方晶系，在可见光与红外光下均具有高透过率，其发射截面大，声子能量低，密度高，同时具有良好的机械性能与热性能。因此，氧化镥是一种优秀的激光介质材料与闪烁体材料，具有广阔的应用前景。但是，氧化镥材料的熔点非常高(超过2400℃)，非常难以生长晶体，目前仍无法获得大尺寸的氧化镥单晶。由于制备氧化镥透明陶瓷不需要过高的温度，并且其具有制备成本低、制备时间短等优势，从而使氧化镥材料的制备成为了目前的研究热点。制备氧化镥陶瓷，都需要添加一定的烧结助剂，采用真空烧结的方法一般添加氧化锆(ZrO2)或氧化铪，采用热等静压烧结与放电等离子体烧结一般添加氟化锂(LiF)。然而，热等静压烧结氧化镥陶瓷，工艺复杂，步骤较多，成本比较高；而放电等离子烧结受限于炉体烧结区域尺寸小，难以向大尺寸方向发展；虽然真空烧结成本低、耗时少，易于大尺寸化，最为高效，但单纯的以氧化锆与氧化铪作为烧结助剂，难以实现高透过率，而且需要添加较大量的烧结助剂，这也会使最终产品的晶格畸变变大并导致应力，影响性能。单纯掺杂LiF作为烧结助剂，在高温阶段会挥发，不会残留在陶瓷内部，但是挥发如果发生在烧结阶段，会由于挥发不均匀，导致晶内气孔与晶界微裂纹，因此常规认为不适宜于用作真空烧结。
技术实现思路
[要解决的技术问题]本专利技术的目的是解决上述现有技术问题，提供一种ZrO2、LiF共掺杂真空烧结氧化镥透明陶瓷的方法。该方法对常规真空烧结制备氧化镥透明陶瓷的方法进行了改良，结合了LiF和ZrO2的助烧性能优点，通过工艺步骤的优化，避免了各自的劣势，最终用简单的工艺步骤，获得了高透明的氧化镥陶瓷，该氧化镥陶瓷的透过率接近理论透过率。[技术方案]为了达到上述的技术效果，本专利技术采取以下技术方案：一种ZrO2、LiF共掺杂真空烧结氧化镥透明陶瓷的方法，它包括以下步骤：A，粉体前处理首先，按比例混合氧化镥、氧化锆、氧化锂和稀土离子氧化物，在得到的混合物中加入等质量的酒精后，再加入分散剂，球磨、烘干、过200目筛，得到粒度均匀的亚微米级粉体；B，成型然后，将得到的亚微米级粉体经14～16MPa干压成型为圆片后，再经198～202MPa冷等静压，得到的陶瓷圆片素坯在595～605℃下煅烧24h，再将陶瓷圆片素坯置于真空炉中煅烧，得到成型的陶瓷坯体；C，烧结最后，将成型的陶瓷坯体在真空炉中进行二次真空烧结，再放入高温马弗炉中煅烧一段时间，缓慢退火，得到所述的氧化镥透明陶瓷。根据本专利技术更进一步的技术方案，所述氧化镥与稀土离子氧化物的物质的量之比为100：1～5；所述氧化锆的物质的量与氧化镥和稀土离子氧化物的物质的量之和的比例为2：100；所述氟化锂的物质的量与氧化镥和稀土离子氧化物的物质的量之和的比例为0.02：100。根据本专利技术更进一步的技术方案，所述氧化镥为5N级别粒径为14～16μm的粉体；所述氧化锆为4N级别的粉体；所述氟化锂为4N级别的粉体。根据本专利技术更进一步的技术方案，所述稀土离子氧化物选自氧化钕、氧化铥或氧化镱。根据本专利技术更进一步的技术方案，在步骤A中，所述加入分散剂是加入1wt％的聚丙烯酰胺。根据本专利技术更进一步的技术方案，在步骤A中，所述球磨是以氧化锆球磨球在200～205rpm的转速下球磨36h。根据本专利技术更进一步的技术方案，在步骤B中，所述真空炉煅烧是指在真空度＜5×10-4Pa、温度为950～1060℃的条件下煅烧10h。根据本专利技术更进一步的技术方案，在步骤C中，所述二次真空烧结是升温至1800～1900℃保温12h；所述再放入高温马弗炉中煅烧一段时间是指在高温马弗炉中升温至1450～1550℃保温10h。根据本专利技术更进一步的技术方案，所述在高温马弗炉中升温的速率为5℃/min。下面将详细地说明本专利技术。本专利技术同时使用两种烧结助剂，通过工艺优化降低助剂的不利影响，充分利用两种烧结助剂的助烧性能，获得一种新的高透明氧化镥陶瓷的制备方法。本专利技术选择纯度为4N级别和5N级别的原料进行制备，避免过多的杂质影响氧化镥透明陶瓷的透明度和品质。在成型的过程中先在马弗炉中以595～605℃的温度煅烧24h，目的是排除素坯中的有机质以及残留的碳。然后再放入真空炉中煅烧，真空炉中煅烧的温度高于马弗炉中煅烧的温度，真空炉煅烧的目的是使粉体初步烧结，同时在高真空环境下使LiF完成初期的粉体助烧作用，同时在晶粒并未明显长大和坯体非致密的状态下挥发，减少因为不均匀挥发而可能导致的晶界微裂纹和晶内气孔。经过两次热处理后的陶瓷坯体，在真空炉中进行二次真空烧结，降温后得到退火的氧化镥透明陶瓷。然后陶瓷片在高温马弗炉中升温至1450～1550℃保温10h后退火，缓慢的降温后即可得到氧化镥透明陶瓷。[有益效果]本专利技术与现有技术相比，具有以下的有益效果：本专利技术同时使用了两种烧结助剂，通过工艺优化降低了助剂的不利影响，并充分利用两种烧结助剂的助烧性能。本专利技术的制备方法简单、成本低、效率高。并且本专利技术获得到氧化镥透明陶瓷透过率高，接近氧化镥理论透过率。附图说明图1为本专利技术实施例使用的氧化镥原料扫描电镜图；图2为本专利技术实施例球磨改性后的亚微米级粉体SEM图；图3为本专利技术实施例两次热处理后成型的陶瓷坯体端面SEM图；图4为本专利技术实施例1得到的Tm:Lu2O3透明陶瓷抛光表面SEM图；图5为本专利技术实施例2得到的Yb:Lu2O3透明陶瓷抛光表面SEM图；图6为本专利技术实施例3得到的Nd:Lu2O3透明陶瓷抛光表面SEM图；图7为本专利技术实施例1得到的Tm:Lu2O3透明陶瓷的透过率；图8为本专利技术实施例得到的Tm:Lu2O3透明陶瓷、Yb:Lu2O3透明陶瓷和Nd:Lu2O3透明陶瓷的透过率；图9为本专利技术对比实施例1得到的陶瓷的表面SEM图；图10为本专利技术对比实施例1得到的陶瓷的端面形貌SEM图。具体实施方式下面结合本专利技术的实施例对本专利技术作进一步的阐述和说明。实施例1A，粉体前处理首先，按比例混合5N级别粒径为15μm氧化镥粉体、4N级别的氧化锆粉体、4N级别的氧化锂粉体和氧化铥，在得到的混合物中加入等质量的酒精后，再加入1wt％的聚丙烯酰胺，利用氧化锆球磨球在200rpm的转速下球磨36h后，烘干、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ZrO2、LiF共掺杂真空烧结氧化镥透明陶瓷的方法，其特征在于它包括以下步骤：A，粉体前处理首先，按比例混合氧化镥、氧化锆、氧化锂和稀土离子氧化物，在得到的混合物中加入等质量的酒精后，再加入分散剂，球磨、烘干、过200目筛，得到粒度均匀的亚微米级粉体；B，成型然后，将得到的亚微米级粉体经14～16MPa干压成型为圆片后，再经198～202MPa冷等静压，得到的陶瓷圆片素坯在595～605℃下煅烧24h，再将陶瓷圆片素坯置于真空炉中煅烧，得到成型的陶瓷坯体；C，烧结最后，将成型的陶瓷坯体在真空炉中进行二次真空烧结，再放入高温马弗炉中煅烧一段时间，缓慢退火，得到所述的氧化镥透明陶瓷。

【技术特征摘要】
1.一种ZrO2、LiF共掺杂真空烧结氧化镥透明陶瓷的方法，其特征在于它包括
以下步骤：
A，粉体前处理
首先，按比例混合氧化镥、氧化锆、氧化锂和稀土离子氧化物，在得到的
混合物中加入等质量的酒精后，再加入分散剂，球磨、烘干、过200目筛，得到
粒度均匀的亚微米级粉体；
B，成型
然后，将得到的亚微米级粉体经14～16MPa干压成型为圆片后，再经198～
202MPa冷等静压，得到的陶瓷圆片素坯在595～605℃下煅烧24h，再将陶瓷圆片
素坯置于真空炉中煅烧，得到成型的陶瓷坯体；
C，烧结
最后，将成型的陶瓷坯体在真空炉中进行二次真空烧结，再放入高温马弗
炉中煅烧一段时间，缓慢退火，得到所述的氧化镥透明陶瓷。
2.根据权利要求1所述的ZrO2、LiF共掺杂真空烧结氧化镥透明陶瓷的方法，
其特征在于，所述氧化镥与稀土离子氧化物的物质的量之比为100：1～5；
所述氧化锆的物质的量与氧化镥和稀土离子氧化物的物质的量之和的比例
为2：100；所述氟化锂的物质的量与氧化镥和稀土离子氧化物的物质的量
之和的比例为0.02：100。
3.根据权利要求2所述的ZrO2、LiF共掺杂真空烧结氧化镥透明陶瓷的方法，
其特征在于所述氧化镥为5N级别粒径为14～16μm的粉体；所述氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：敬畏，黄辉，余盛全，胥涛，吉祥波，邓建国，康彬，尹文龙，唐明静，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51