一种高透过率三氧化二钇透明陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高透过率三氧化二钇透明陶瓷及其制备方法。所述高透过率三氧化二钇透明陶瓷的化学组成为Y2O3+x at.% M2O5，其中M=Nb或/和Ta，且0＜x≤0.5。且0＜x≤0.5。且0＜x≤0.5。

【技术实现步骤摘要】
一种高透过率三氧化二钇透明陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高透过率三氧化二钇透明陶瓷及其制备方法，属于透明陶瓷制备


技术介绍

[0002]氧化钇透明陶瓷由于具有理论透过率高，理论透过区间宽(0.2
‑
8μm)，红外发射率低，易于掺杂稀土发光离子，物理化学性质稳定等优点，因而用作激光陶瓷基体和导弹、高速飞行器的红外窗口有着独特的优势。因此，研制和开发高透过率的氧化钇透明陶瓷材料对推动激光和红外技术的发展有着重要的科学意义和实际应用价值。但是由于氧化钇的熔点高，难烧结，残余气孔难以排除的特点，使得其目前透过率水平仍较低(报道的透过率大多在400nm处低于70％)与理论透过率仍存在一定差距。为满足氧化钇透明陶瓷的应用需求，寻找合适的烧结助剂制备高透过率的氧化钇陶瓷是很有必要的。
[0003]目前氧化钇透明陶瓷的单组分烧结助剂有La2O3、ZrO2和TiO2等。2011年张斌等人("(Y
(1
‑
x)
La
x
)2O3透明陶瓷的制备及性能."硅酸盐学报39.03(2011):486
‑
490.)报道真空烧结La2O3掺杂Y2O3透明陶瓷的最佳组分为(Y
0.90
La
0.10
)2O3，最大透过率大于80％，但其真空烧结的保温时间长达40～50小时。2010年Jin,Lingling等人("ZrO2‑
dopedY2O
3 transparent ceramics via slip casting and vacuum sintering."Journal ofthe European Ceramic Society 30.10(2010):2139
‑
2143.)报道真空烧结ZrO2掺杂Y2O3透明陶瓷，真空烧结所需温度较高(1860℃)。2019年Li,Xiaokai等人("Optical and thermal properties of TiO2‑
doped Y2O
3 transparent ceramics synthesized by hot isostatic pressing."Journal ofthe American Ceramic Society 102.4(2019):2021
‑
2028.)报道真空烧结结合热等静压烧结制备TiO2掺杂氧化钇透明陶瓷，但热等静压工艺制造成本相对较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有的问题而提供两种新的烧结助剂，采用真空烧结的方法，且在相对较低的烧结温度和较短的保温时间下获得了高光学质量的氧化钇透明陶瓷。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种高透过率三氧化二钇透明陶瓷，所述三氧化二钇透明陶瓷化学组成为Y2O3+xat.％M2O5，其中M＝Nb或/和Ta，且0＜x≤0.5。
[0006]较佳的，当M＝Nb时，x＝0.05～0.3，优选为0.3。
[0007]较佳的，当M＝Ta时，x＝0.1～0.3，优选为0.2。
[0008]较佳的，所述三氧化二钇透明陶瓷在1100nm处的透过率为80％～82％，400nm处的透过率为71％～73％。
[0009]另一方面，本专利技术提供了一种高透过率三氧化二钇透明陶瓷的制备方法，包括：(1)将Y源、Nb源、Ta源按照三氧化二钇透明陶瓷化学组成称量并混合，经过热处理，得到铌或/和钽掺杂的三氧化二钇粉体；
(2)将铌或/和钽掺杂的三氧化二钇粉体制成素坯，再经烧结和退火，得到高透过率三氧化二钇透明陶瓷。
[0010]较佳的，所述Y源为硝酸钇、氧化钇、氯化钇的至少一种；所述Nb源为硝酸铌、五氧化二铌、醋酸铌中的至少一种；所述Ta源为硝酸钽、五氧化二钽、醋酸钽中的至少一种。
[0011]较佳的，所述热处理的温度为1000～1200℃，保温时间为2～6小时。
[0012]较佳的，所述素坯的成型方式为干压成型或/和冷等静压成型，优选为先干压成型后冷静压成型；优选地，所述干压成型的压力为5～30MPa(优选为7.5MPa)，保压时间为30～60秒；所述冷等静压成型的压力为200～250MPa，保压时间为2～5分钟。
[0013]较佳的，所述烧结的方式包括先预烧结和预烧结过后的真空无压烧结；所述预烧结的温度为1000～1400℃，时间为1～3小时；所述真空无压烧结的温度为1700～1780℃，真空度为1
×
10
‑3～9
×
10
‑3，烧结时间为8～15小时。
[0014]较佳的，所述退火的温度为1300～1500℃，保温时间为5～10小时。
[0015]有益效果：本专利技术中提供的铌或钽掺杂三氧化二钇透明陶瓷的透过率较高，接近氧化钇晶体的理论透过率，且提供两种新的烧结助剂，所述的Y2O3透明陶瓷在1100nm处的透过率为80％
‑
82％，400nm处的透过率为71％
‑
73％；本专利技术中Y2O3透明陶瓷的真空烧结温度有所降低，陶瓷可以在1780℃左右温度下达到较好的透明度；本专利技术的制备工艺简单，易于操作和生产。
附图说明
[0016]图1为实施例1
‑
5制得的铌掺杂三氧化二钇透明陶瓷材料的X射线衍射图谱；图2为实施例6
‑
10制得的钽掺杂三氧化二钇透明陶瓷材料的X射线衍射图谱；图3为实施例1
‑
5制得的铌掺杂三氧化二钇透明陶瓷材料经双面抛光后的透过率曲线和陶瓷实物图；图4为实施例6
‑
10制得的钽掺杂三氧化二钇透明陶瓷材料经双面抛光后的透过率曲线和陶瓷实物图。
具体实施方式
[0017]以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0018]本公开中，高透过率三氧化二钇透明陶瓷。所述的三氧化二钇透明陶瓷化学组成为Y2O3+x at.％M2O5(M＝Nb或/和Ta)，其中0＜x≤0.5。随着铌或者钽添加量的增加，氧化钇透明陶瓷的透光性能先增加后降低。
[0019]在可选的实施方式中，Y2O3+x at.％Nb2O5的透明陶瓷由以下最佳摩尔比原料制成：氧化钇1mol；氧化铌0.003mol。在可选的实施方式中，Y2O3+x at.％Ta2O5的透明陶瓷由以下最佳摩尔比原料制成：氧化钇1mol；氧化钽0.002mol。
[0020]以下示例性地说明透明陶瓷粉体的制备方法。
[0021]配料。按照Y2O3+x at.％M2O5(M＝Nb或Ta)，其中0＜x≤0.5的组成比(摩尔比)分别称取钇源、铌源、钽源，得到混合粉体。作为一个详细的示例，所述的钇源、铌源和钽源分别为硝酸钇、五氧化二铌和五氧化二钽。
[0022]球磨。将混合粉体进行球磨，其中球磨工艺条件为250
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高透过率三氧化二钇透明陶瓷，其特征在于，所述三氧化二钇透明陶瓷的化学组成为Y2O3+x at.% M2O5，其中M = Nb或/和Ta，且0＜x≤0.5。2.根据权利要求1所述的高透过率三氧化二钇透明陶瓷材料，其特征在于，当M = Nb时，x = 0.05～0.3，优选为0.3；或者，当M = Ta时，x = 0.1～0.3，优选为0.2。3.根据权利要求1所述的高透过率三氧化二钇透明陶瓷材料，其特征在于，所述三氧化二钇透明陶瓷（厚度2 mm）在1100nm处的透过率为80%～82%，400nm处的透过率为71%～73%。4.一种如权利要求1
‑
3中任一项所述的高透过率三氧化二钇透明陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：（1）将Y源、Nb源、Ta源按照三氧化二钇透明陶瓷化学组成称量并混合，经过热处理，得到铌或钽掺杂的三氧化二钇粉体；（2）将铌或钽掺杂的三氧化二钇粉体制成素坯，再经烧结和退火，得到高透过率三氧化二钇透明陶瓷。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述Y源为硝酸钇、氧化钇、氯化钇的至少一种；所述Nb源为硝酸铌、五氧化二铌、醋酸铌中的至少一种；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘焱，覃显鹏，甘霖，周国红，胡松，王士维，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：