一种无烧结助剂的钇铝石榴石粉体、钇铝石榴石陶瓷、其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种无烧结助剂的钇铝石榴石(YAG)粉体、钇铝石榴石陶瓷、其制备方法与应用。所述YAG粉体包括(RE

【技术实现步骤摘要】
一种无烧结助剂的钇铝石榴石粉体、钇铝石榴石陶瓷、其制备方法与应用
本专利技术涉及一种无烧结助剂的钇铝石榴石(YAG)粉体、钇铝石榴石(YAG)陶瓷、其制备方法与应用，属于激光透明陶瓷制备

技术介绍
激光技术作为当代科学技术“四大专利技术”之一，在科学研究、军事、工业生产、生物医疗等重要领域有广阔的应用前景。其中固体激光以峰值功率高体积小、结构简单等优点，在激光应用领域处于主导地位。激光材料是固体激光器的核心，是面向大能量、高功率全固体激光器发展重要单元。市场上激光材料主要是稀土掺杂的YAG(钇铝石榴石)单晶和钕玻璃。目前YAG单晶常用提拉法生长，但该工艺成本高，生产周期长，难以实现稀土高浓度掺杂和大尺寸制备。钕玻璃虽然成本低，工艺简单，但是其热导率为YAG单晶的1/14，且硬度和软化点低，难以实现连续高功率激光输出。与YAG单晶和钕玻璃相比，YAG透明陶瓷可实现稀土高浓度掺杂，制备周期短，成本低，根据实际生产要求调控尺寸和形状，易于实现大尺寸制备，以及复合结构设计，且其具有与单晶相媲美的光学性能和激光性能，是替代单晶最有竞争力的激光材料。目前研究制备YAG透明陶瓷材料基本都有添加烧结助剂，如TEOS，SiO2，MgO，La2O3，CaO等，因为YAG陶瓷的合成温度高，不加入适当的助剂是很难烧结致密的，适当添加烧结助剂使晶格畸变，可以降低陶瓷的烧结温度，促进烧结，同时抑制晶粒异常长大，提高材料的致密性。但是添加烧结助剂，无疑引入了异相，烧结后在晶界处残留的玻璃相成了激光陶瓷的散射中心源，并且材料的力学性能会由这些非晶态的晶界控制。
技术实现思路
本专利技术提供一种YAG粉体，所述YAG粉体包括(RExY1-x)3Al5O12、粘结剂和分散剂，所述(RExY1-x)3Al5O12、粘结剂和分散剂的质量比可以为100:(0.1-1.0):(0.1-1.0)；其中，x＝0-1，例如x＝0-0.5，优选x＝0-0.1，作为示例，x＝0、0.01、0.02；其中，RE代表稀土元素。优选地，所述(RExY1-x)3Al5O12、粘结剂和分散剂的质量比可以为100:(0.2-0.6):(0.5-1.0)；示例性地，所述述(RExY1-x)3Al5O12、粘结剂和分散剂的质量比为100:0.5:0.6或100:0.3:1。根据本专利技术的YAG粉体，所述(RExY1-x)3Al5O12可以包含RE2O3、Al2O3和Y2O3。优选地，所述RE可以选自镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)和钪(Sc)中的至少一种；优选地，所述RE可以选自Nd和Yb中的至少一种；示例性地，所述(RExY1-x)3Al5O12可以为(Nd0.01Y0.99)3Al5O12、(Yb0.02Y0.98)3Al5O12或Y3Al5O12。优选地，所述RE2O3、Al2O3和Y2O3的形态为粉体。优选地，所述RE2O3、Al2O3和Y2O3的纯度在99.99％以上。根据本专利技术的YAG粉体，所述YAG粉体具有球形结构。优选地，所述YAG粉体的平均粒径为10-300μm，例如20-200μm、25-100μm、30-60μm；作为示例，平均粒径可以为30μm、40μm、50μm、60μm。根据本专利技术的YAG粉体，所述分散剂可以选自蓖麻油、油酸、鱼油、聚乙二醇中的至少一种；例如，所述分散剂可以为油酸。根据本专利技术的YAG粉体，所述粘结剂可以选自聚乙烯醇缩丁醛、阿拉伯树胶、聚氧乙烯中的至少一种；例如，所述粘结剂可以为聚乙烯醇缩丁醛。本专利技术提供上述YAG粉体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)按(RExY1-x)3Al5O12的化学计量比，将Y2O3、Al2O3、RE2O3、粘结剂、分散剂、溶剂及磨球混合均匀，球磨得到混合浆料。(2)将所述的混合浆料在60-90℃的烘箱中干燥，得到YAG粗粉。(3)将所述YAG粗粉进行流化床球化、造粒，得到所述YAG粉体。根据本专利技术YAG粉体的制备方法，所述(RExY1-x)3Al5O12具有如上文所述的含义。根据本专利技术YAG粉体的制备方法，所述Y2O3、Al2O3、RE2O3具有如上文所述的含义。根据本专利技术YAG粉体的制备方法，所述粘结剂和分散剂具有如上文所述的含义。根据本专利技术YAG粉体的制备方法，所述(RExY1-x)3Al5O12、粘结剂和分散剂具有如上文所述的配比。根据本专利技术YAG粉体的制备方法，所述溶剂可以选自乙醇和/或水；优选地，所述溶剂为无水乙醇。进一步地，所述溶剂的用量可以为YAG粉体质量的80-200％，例如90-160％、100-140％。根据本专利技术YAG粉体的制备方法，所述磨球可以选自球磨过程已知的磨球，优选为氧化铝球。根据本专利技术YAG粉体的制备方法，所述混合浆料的固含量为30-60wt％，例如40-50wt％，作为示例，固含量为35wt％、45wt％。根据本专利技术YAG粉体的制备方法，步骤(3)中，所述流化床球化时的进风温度为70-80℃，例如73-78℃，作为示例，温度为74℃、76℃。所述球化过程中需要喷入粘合剂溶液，例如所述粘合剂溶液为聚乙烯醇溶液，其浓度为1-20％，例如3-10％，作为示例，浓度为10％、15％；所述粘合剂溶液的喷入速度3-20ml/min，例如5-15ml/min，作为示例，喷入速度为10ml/min、15ml/min；喷雾压力0.1-0.6MPa，作为示例，压力为0.2MPa，0.4MPa。进一步地，所述造粒次数为一次、两次或更多次，例如流化床循环造粒3次。进一步地，本专利技术提供所述YAG粉体在制备YAG陶瓷中的应用。进一步地，本专利技术提供一种YAG陶瓷，所述YAG陶瓷由上述YAG粉体烧结得到。根据本专利技术的YAG陶瓷，所述YAG陶瓷为透明陶瓷。优选地，所述YAG陶瓷具有基本如图1所示的实物照片。根据本专利技术的YAG陶瓷，所述YAG陶瓷的晶界无非晶态相，无杂质，晶界干净，晶粒尺寸大小均匀。根据本专利技术的YAG陶瓷，所述YAG陶瓷的平均晶粒尺寸为1-15μm，例如为2-10μm，作为示例，平均晶粒尺寸为2μm、3μm、10μm。根据本专利技术的YAG陶瓷，所述YAG陶瓷在1064nm处的透过率达到80％以上，例如82％以上，例如透过率为83.31％。根据本专利技术的YAG陶瓷，所述YAG陶瓷的光学均匀性的数量级为10-5。例如，其光学均匀性为7.5×10-5。根据本专利技术的YAG陶瓷，所述YAG陶瓷的散射损耗小于2‰cm-1。进一步地，本专利技术提供上述YAG陶瓷的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：步骤一、将所述YAG粉体在1200-1400℃条件下烧结2-5小时，再冷等静压成型获得陶瓷素坯；步骤二、将所述陶瓷素坯置于真空条件下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种YAG粉体，其特征在于，所述YAG粉体包括(RE

【技术特征摘要】
1.一种YAG粉体，其特征在于，所述YAG粉体包括(RExY1-x)3Al5O12、粘结剂和分散剂，所述(RExY1-x)3Al5O12、粘结剂和分散剂的质量比为100:(0.1-1.0):(0.1-1.0)；
其中，x＝0-1，RE代表稀土元素。


2.根据权利要求1所述的YAG粉体，其特征在于，所述(RExY1-x)3Al5O12包含RE2O3、Al2O3和Y2O3；
优选地，所述RE选自镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)和钪(Sc)中的至少一种；
优选地，所述RE2O3、Al2O3和Y2O3的纯度在99.99％以上；
优选地，所述YAG粉体具有球形结构，所述YAG粉体的平均粒径为10-300μm；
优选地，所述分散剂选自蓖麻油、油酸、鱼油、聚乙二醇中的至少一种；
优选地，所述粘结剂选自聚乙烯醇缩丁醛、阿拉伯树胶、聚氧乙烯中的至少一种。


3.权利要求1或2所述YAG粉体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按(RExY1-x)3Al5O12的化学计量比，将Y2O3、Al2O3、RE2O3、粘结剂、分散剂、溶剂及磨球混合均匀，球磨得到混合浆料。
(2)将所述的混合浆料在60-90℃的烘箱中干燥，得到YAG粗粉。
(3)将所述YAG粗粉进行流化床球化、造粒，得到所述YAG粉体；
优选地，所述(RExY1-x)3Al5O12具有如权利要求2所述的含义；
优选地，所述粘结剂和分散剂具有如权利要求2所述的含义；
优选地，所述(RExY1-x)3Al5O12、粘结剂和分散剂具有如权利要求1所述的配比。


4.根据权利要求3所述YAG粉体的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自乙醇和/或水；
优选地，所述混合浆料的固含量为30-60wt％；
优选地，步骤(3)中，所述流化床球化时的进风温度为70-80℃；
优选地，步骤(3)中，所述球化过程中需要喷入粘合剂溶液，所述粘合剂溶液的浓度为1-20％；
优选地，步骤(3)中，所述粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄秋凤，郭旺，陈剑，邓种华，刘著光，黄集权，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35