透明多阳离子陶瓷及其制备方法技术

提供一种制备具有平均晶粒直径小于１微米的多阳离子陶瓷的方法。该方法包括以下步骤：提供至少第一材料和第二材料，其中第一材料包含第一阳离子，第二材料包含第二阳离子，并且其中第一阳离子和第二阳离子相互不相同，第一材料和第二材料每一都是纳米粉；形成包含第一材料和第二材料的混合物；由混合物形成坯体；形成包括第一阳离子和第二阳离子的致密多阳离子陶瓷材料，其中致密多阳离子陶瓷材料包含含有第一阳离子和第二阳离子的主相，该主相与第一材料和第二材料不同。多阳离子陶瓷具有高密度和高的直线透射率。

Transparent multi cation ceramic and preparation method thereof

A method for preparing a multi cation ceramic having an average grain diameter of less than 1 microns is provided. The method comprises the following steps: providing at least a first material and a second material, wherein the first material comprises a first material containing second cations, second cations, and wherein the first and second cationic cation are different from each other, the first material and the second material are each formed a mixture containing nano Rice noodles; the first and second materials; form body by the formation of dense mixture; including the first second cation cation and multi cation ceramic material, which contains dense multi cation ceramic material first cation and second cations in the main phase, the main phase of the first material and the second different materials. Multi cation ceramics exhibit high density and high linear transmittance.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及制备多阳离子陶瓷的方法。本专利技术还涉及制备透明多 阳离子陶瓷的方法。更具体而言，本专利技术涉及一种方法，该方法通过 使用纳米粉和其增强的烧结能力来制备透明的而且在晶粒尺寸方面 工程化的多阳离子陶瓷。多阳离子陶瓷(尤其是透明多阳离子陶瓷)广泛应用在照明、医 疗、工业、国家安全、和防御应用中。例如透明陶瓷闪烁器，如具有掺杂物的钇铝石榴石(YAG)被用于成像、非破坏性评估、和传感器。 氧化铝、氧化钇、YAG、氮氧化铝、和铝酸镁尖晶石都是很好的用于 照明、汽车、和苛刻环境窗户的备选物。因此，在生产这些透明陶瓷 以及其它材料上已经作出了努力。对于许多这些应用，需要具有高的 强度和机械加工性。通常通过加压烧结微米和亚微米尺寸粉末制备透明陶乾。通常， 所需相的微米尺寸陶资粉末通过固态途径合成、压实、和烧结形成透 明陶瓷制品。在高压烧结过程中限制或控制晶粒尺寸非常困难。或 者，可以通过湿化学途径合成陶瓷纳米粉，随后进行压实和烧结。在 这些两步骤加工方法中，控制晶粒生长非常困难，并且在获得致密 的、细晶粒的陶瓷上仅获得有限的成功。在单步骤方法中，由于和纳米粉相关的固有问题，因此在加工过 程中在限制晶粒生长的同时实现相形成和烧结非常困难。 一个这样的 问题是纳米颗粒内纳米晶的强团聚问题。另一问题是由于纳米颗粒之 间的静电排斥，纳米粉趋向于抗压实。这些效应导致在坯体中颗粒松 散堆积、低密度和高多孔性。在单步骤方法中，得到致密压实甚至更 具挑战性，因为为了能够对不同反应物同时进行表面改性，可能需要 适当组合表面活性剂来得到均匀 一致堆积的坯体。另 一挑战是控制与 纳米材料的提高的反应性相关的快速晶粒生长。通常使用晶粒生长抑 制剂来克服这个问题，但是它们可能对于最终制品的光学和机械性能 具有负面影响。另外，在烧结过程中气孔往往夹在纳米颗粒内，由此 产生的陶瓷体具有高散射系数和差的机械性能。现有技术中处理这些问题的方法仅取得有限的成功。因此需要一 种通用和简单的处理技术来制备透明的而且在晶粒尺寸方面实现工 程化的陶乾。
技术实现思路
通过提供透明多阳离子陶瓷材料和用于在单步骤工艺中制备多 阳离子陶瓷材料的方法，本专利技术满足了这些和其它需要。因此，本专利技术的一个方面是提供一种制备多阳离子陶资材料的方法。该方法包括以下步骤提供至少第一材料和第二材料，其中第一 材料包含第一阳离子和第二材料包含第二阳离子，并且其中第一阳离 子和第二阳离子互不相同，第一材料和第二材料每一都是纳米粉；形 成包含第一材料和第二材料的混合物；由混合物形成坯体；并且形成 包含第一阳离子和第二阳离子的致密多阳离子陶乾材料，其中致密多 阳离子陶瓷材料包括主相，该主相与笫一材料和第二材料不同并且具 有小于l微米的平均晶粒尺寸。本专利技术的笫二方面是提供制备包含多阳离子陶乾材料的制品的 方法。该方法包括以下步骤提供至少第一材料和第二材料，其中第 一材料包含第一阳离子，第二材料包含第二阳离子，其中笫一阳离子 和笫二阳离子相互不相同，并且第一材料和第二材料每一都是纳米 粉；形成包含第一材料、第二材料、至少一种分散剂和溶剂的浆料； 混合该浆料以形成包含笫一材料和第二材料的混合物；干燥该浆料以 形成粉末；由粉末形成坯体；在受控压力下烧结该坯体以形成烧结 体；和精加工该烧结体以形成制品，其中该制品包含含有第一阳离子 和第二阳离子的主相，并且其中该主相与笫一材料和第二材料不同并 且具有小于l微米的平均晶粒尺寸。本专利技术的第三方面是提供制备包含多阳离子陶资材料的制品的 方法。该方法包括以下步骤提供至少笫一材料和第二材料，其中第 一材料包含第一阳离子，第二材料包含笫二阳离子，其中第一阳离子 和第二阳离子互不相同，并且第一材料和笫二材料每一都是納米粉；形成包含第一材料、第二材料、至少一种分散剂和溶剂的浆料；混合 该浆料以形成包含第一材料和第二材料的混合物；干燥该浆料以形成 粉末；由该粉末形成坯体；在受控压力下烧结该坯体以形成烧结体；和精加工该烧结体以形成制品，其中该制品包含含有第 一阳离子和第 二阳离子的主相，其中该主相与第一材料和第二材料不同，具有小于l微米的平均晶粒尺寸并且是透明的，以及其中该制品具有对于lmm 厚样品而言至少为50%的均一化镜面透射率。本专利技术的第四方面是提 供陶瓷材料。该陶瓷材料包含主相。该主相包含至少笫一阳离子和第 二阳离子，其中第一阳离子和第二阳离子互不相同，并且具有小于l 微米的平均晶粒尺寸。陶瓷材料是透明的，并且具有对于lmm厚样 品而言至少为50%的均一化镜面透射率(specular transmission )。本 专利技术的另一方面是提供陶瓷制品。该陶乾制品包含主相。该主相包含 至少第一阳离子和第二阳离子，其中第一阳离子和第二阳离子互不相 同，并且具有小于l微米的平均晶粒尺寸，其中该陶瓷制品通过包括 以下步骤的方法形成提供至少第一材料和第二材料，其中第一材料 包含第一阳离子，而第二材料包含第二阳离子，其中第一阳离子和第 二阳离子互不相同，并且其中第 一材料和第二材料每一都是纳米粉； 形成包含第一材料、第二材料、至少一种分散剂和溶剂的浆料；混合 该浆料以形成包含第一材料和笫二材料的混合物；干燥该浆料以形成 粉末；由粉末形成坯体；在受控压力下烧结该坯体以形成烧结体；和 精加工该烧结体以形成陶乾制品。从以下详细描迷、附图和附加的权利要求中，本专利技术的这些以及 其它方面、优点、和显著特征将变得非常明显。附图说明图l是根据本专利技术一种实施方案制备多阳离子陶乾的流程图； 图2是根据图1中描述的方法制备的多阳离子YAG :Nd， Mg陶资的扫描电子显微照片；图3是根据图1描述的方法制备的透明YAG陶乾的照片；图4是图示根据图l描述的方法制备的多阳离子YAG陶资的直线透射率和总透射率与波长的关系图；和图5是根据本专利技术一种实施方案制备包含多阳离子陶瓷的制品的流程图。专利技术详述在以下描述中，相同的附图标记表示在附图中所示的全部多个视 图的相同或相应的部分。还应当理解如"上部"、"底部"、"向外"、 "向内"等的术语是方便用词，并不作为限制性术语。此外，无论何 时声称本专利技术的某一具体方面包括一组多个元素中的至少之一和其组合，或者由一组多个元素中的至少之一和其组合组成，就应当理解 该方面可以包括该组的任何元素(单独地或与该组中任何其它元素组 合)，或者由该组的任何元素(单独地或与该组中任何其它元素组合) 组成。在以下讨论中，为了简便，Y3AhsOu表示为YAG，将具有钕掺 杂的YAG表示为YAG:Nd，将具有镱掺杂的YAG表示为YAG: Yb， 将具有钕掺杂和镁添加物的YAG表示为YAG:Nd，Mg。为了理解本发 明，纳米粉被理解为其中一次晶粒尺寸小于500mn并且平均颗粒尺寸 低于l微米的粉末。在一个实施方案中， 一次晶粒尺寸小于100nm, 在另一实施方案中， 一次晶粒尺寸小于60rnn。在一个实施方案中， 平均颗粒尺寸小于500nm，并且在另一实施方案中小于100nm。在技术和工业应用范围内对透明材料有很大需求。传统上，单晶体被用于该目的。透明的多晶体陶瓷对于这些应用而言是非常理想 的，因为与单晶体相比，多晶体允许使用更低浓度的掺杂物、更高浓 度和均匀性的光学活化剂，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备多阳离子陶瓷材料的方法，该方法包括以下步骤：Ａ）提供至少第一材料和第二材料，其中所述第一材料包括第一阳离子，所述第二材料包括第二阳离子，所述第一阳离子与所述第二阳离子互不相同，其中所述第一材料和所述第二材料都是纳米粉；　 　Ｂ）形成包括所述第一材料和所述第二材料的混合物；Ｃ）由所述混合物形成坯体；和Ｄ）形成包括所述第一阳离子和所述第二阳离子的致密多阳离子陶瓷材料，其中所述致密多阳离子陶瓷材料包括主相，该主相与所述第一材料和所述第二材料不同并且 具有小于１微米的平均晶粒尺寸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：SPM洛雷罗，SJ斯托克洛萨，JS瓦图利，JA布鲁尔，TF麦努尔蒂，VS文卡塔拉马尼，M马诺哈兰，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]