绿色发光七铝酸十二钙陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术属于材料技术领域，具体涉及具体涉及七铝酸十二钙绿色发光陶瓷及其制备方法。本发明专利技术用化学共沉淀法结合电子束烧蚀经机械抛光处理技术制备成透明陶瓷，在１１００℃热处理温度下，通过调整铒与钙离子的摩尔比，获得具有高效绿色发光的七铝酸十二钙粉体，粉体经电子束烧蚀和机械抛光制的透明陶瓷。采用宽带隙氧化物七铝酸十二钙作为铒掺杂的陶瓷材料，以减弱稀土Ｅｒ发射的温度淬灭效应；七铝酸十二钙本身独特的笼腔结构内部束缚了氧离子基团，以及阳离子格位对称性较低的特性有益于增强Ｅｒ的发射。本发明专利技术可降低烧结温度２５０℃；且成本低廉、条件可控、工艺简单，可应用于全彩显示和光通讯等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料
，具体涉及七铝酸十二钙绿色发光陶瓷及其制备方法。技术背景材料、能源和信息是现在社会进步发展的三大支柱，作为三大支柱之一的发光陶瓷材 料在很大程度上决定和影响高新技术产业的发展，随着光电子和信息探测技术的快速发展， 需要有大量高性能的光学功能陶瓷材料来提供关键的物质基础。自从20世纪60年代初出现Al203透明陶瓷以来打破了陶瓷不透明的传统概念。由于发光陶瓷具有陶瓷固有的耐高温、耐腐蚀、高强度等特性外，还具有玻璃的光学 性能，可望用于液晶显示器、等离子屏幕、有机EL—电致发光、太阳能电池、光通讯等发 光领域。找到一种对称性低的透明陶瓷材料，且可被Er取代的有利于Er发射的基质透明 陶瓷材料是必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的就是解决上述问题，提供一种Er掺杂可见发光陶瓷及其有效的制备方法。 本专利技术采用宽带隙氧化物七铝酸十二钙透明陶瓷作为掺杂的陶瓷材料。由于七铝酸十 二钙透明陶瓷具有生产成本低、热导率较高、抗热冲击力强。除此以外还具有热稳定性好、 密度小质量轻、自然界含量高、环境友好等特点。稳定性好有利于器件长时间工作、质量 轻能应用于航天工业、自然界含量高有利于降低成本、环境友好有利于可持续发展。基于 以上优点，专利技术一种有效简单制备C12A7透明发光陶瓷是必要的。然而，由于铒与钙的离 子半径相近，铒很容易取代钙离子格位，铒所处格位的晶体场对称性低，从而有利于铒的 光发射。本专利技术采用化学共沉淀法和电子束烧蚀的方法制备铒掺杂的七铝酸十二钙(12CaO7Al203)透明陶瓷，溶胶凝胶法可将铒离子均匀地掺入到基质材料中，避免由于 掺杂不均匀而导致铒离子的发光淬灭效应的出现，减弱Er的发射强度。 本专利技术制备的方法具体步骤如下1. 首先将纯A1(N03)3和Ca(N03)2原料按照14:12的化学剂量比在水相中于原子水平上 均匀混合；2. 将纯Er(N03)3原料按照铒与铝的原子摩尔比0.5-2%进行掺杂，均匀混合后加入沉 淀剂NH3，H20，调节阳离子之间的距离。考虑到各阳离子的沉淀速度随着PH值的变化而 不同，导致产物的物相不单一，可将混合溶液缓慢倒入装有过量NHyH20的烧杯中，以确 保各阳离子能够按照一定的比例均匀沉淀，不会导致相分离；3. 将得到的凝胶前驱体在90-120。C的温度下进行烘干、去水；4. 将上述凝胶放到高温炉中，在空气气氛下、1000-1200 。C烧结6-8个小时，即得到了 铒掺杂的七铝酸十二钙粉体。5. 将得到的粉体样品压成直径为20 mm，厚为5mm的靶材，将靶材在1200-1300 °C烧 结7-9个小时小时后取出，放到真空室中用电子束烧蚀，烧蚀后经机械抛光得到透明陶瓷 样品。12Ca0.7Al203晶格常数是1.199 nm，单胞包括两个分子，十二个笼子。每个笼子的空 间直径为0.4 nm。其化学公式可表示成4++202':前面的部分代表晶格的框架结 构，后一部分叫做"多余氧离子"，每个笼子平均有+1/3电荷。本专利技术的积极效果是1. 本专利技术采用宽带隙氧化物七铝酸十二钙作为稀土铒掺杂的基质材料，由于其带隙宽 达5.9eV，可使铒发光的温度淬灭效应减弱。2. 七铝酸十二钙的阳离子格位受到独特的笼腔结构内部束缚的氧离子基团的调制作 用，使得局部晶体场对称性较低，有益于增强铒的光发射。3. 本专利技术制备的铒掺杂的七铝酸十二钙透明陶瓷，在可见光的绿色发射得到了很强的 铒的光发射，结果表明铒掺杂的七铝酸十二钙透明陶瓷有望应用于全彩显示以及光通讯等 领域。附图说明图1是0.5%、 1%和2%铒掺杂的七铝酸十二钙透明陶瓷的发光光谱；图2是0.5%、 1%和2%铒掺杂的七铝酸十二钙透明陶瓷的激发发射谱； 图3是0.5%、 1%和2%铒掺杂的七铝酸十二钙透明陶瓷的XRD谱图。具体实施方式以下结合实例进一步说明本专利技术。 实施例11、 取11.36757 g( 0.03030 mol)纯度为99.99%的A1(N03)3粉末和6.13377 g(0.02597mo1) 纯度为99.95%的Ca(N03)3原料按照14:12的化学剂量比在水相中于原子水平上均匀混合；2、 再把0.04705 g (0.000130 moD ^度为99.99%的Er(N03)3原料按照铒与铝的原子 摩尔比0.5%进行掺杂，均匀混合后加入沉淀剂NH3.H20，调节阳离子之间的距离。将混合 溶液缓慢倒入装有过量NH3.H20的烧杯中，以确保各阳离子能够按照一定的比例均匀沉淀， 不会导致相分离，获得0.5%铒掺杂的七铝酸十二钙(12CaO7Al203)凝胶前驱体。3、 将得到的铒掺杂的七铝酸十二钙(12CaO7Al203)凝胶前驱体在120°C的温度下进行烘干、去水； ，4、 放到高温炉中，在空气气氛下、1100。C烧结8个小时，即得到了 0.5%铒掺杂的七铝酸十二钙粉体。5、 .将得到的粉体样品压成直径为20-mm，厚为5-mm的靶材，将靶材在1300度下烧 结8小时后取出，放到真空室中用电子束烧蚀，烧蚀后经机械抛光得到透明陶瓷样品。由图1、图2和图3所示的0.5%铒掺杂的七铝酸十二钙陶瓷在可见区的绿色发射光谱、 激发光谱以及XRD图，本专利技术的0.5%铒掺杂的七铝酸十二钙陶瓷在522nm及545 nm波 段得到了强的发光强度。实施例2 ，1. 取11.36757 g(0.O303O mol)纯度为99.99%的A1(N03)3粉末和6.13377 g(0.02597moD纯度为99.95%的Ca(N03)3原料按照14:12的化学剂量比在水相中于原子水平上均匀混合 合.2、 再把0.0941038 g (0.00025974 mol)纯度为99.99%的Er(N03)3原料按照铒与铝的 原子摩尔比1%进行掺杂，均匀混合后加入沉淀剂NH3.H20，调节阳离子之间的距离。将混合溶液缓慢倒入装有过量NH3.H20的烧杯中，以确保各阳离子能够按照一定的比例均勾沉 淀，不会导致相分离，获得1%铒掺杂的七铝酸十二钙^12CaO7Al203)凝胶前驱体。3、 将得到的1%铒掺杂的七铝酸十二钙(12CaO7Al203)凝胶前驱体在120°C的温度 下进行烘干、去水；4、 放到高温炉中，在空气气氛下、1200。C烧结7个小时，即得到了 1%铒掺杂的七铝 酸十二钙粉体。5、 将得到的粉体样品压成直径为20-mm，厚为5-mm的靶材，将靶材在1300度下烧 结8小时后取出，放到真空室中用电子束烧蚀，烧蚀后经机械抛光得到透明陶瓷样品。由图l、图2和图3所示的1%铒掺杂的七铝酸十二钙陶瓷在绿色可见区的发射光谱、 激发光谱以及XRD图，本专利技术的1%掺杂的七铝酸十二钙陶瓷在522 nm及545 nm波段得 到了强的发光强度实施例3步骤与实施例l、 2相同，只是第2步再把0.04705 g (0.000130 mol)纯度为99.99% 的Er(N03)3原料按照铒与铝的原子摩尔比2%进行掺杂，制得2 %的七铝酸十二钙陶瓷。权利要求1、绿色发光七铝酸十二钙陶瓷的制备方法，其特征是具体步骤如下(1).首先将纯Al(NO3)3和Ca(NO3)3原料按照14∶12的化学剂量比在水相中于原子水平上均匀混合；(2).将纯Er(N本文档来自技高网...

【技术保护点】
绿色发光七铝酸十二钙陶瓷的制备方法，其特征是具体步骤如下：　（１）．首先将纯Ａｌ（ＮＯ↓［３］）↓［３］和Ｃａ（ＮＯ↓［３］）↓［３］原料按照１４∶１２的化学剂量比在水相中于原子水平上均匀混合；　（２）．将纯Ｅｒ（ＮＯ↓［３］） ↓［３］原料按照铒与铝的原子摩尔比０．５－２％进行掺杂，均匀混合后将混合溶液缓慢倒入装有过量ＮＨ↓［３］.Ｈ↓［２］Ｏ的烧杯中，确保各阳离子能够按照一定的比例均匀沉淀；　（３）．将得到的凝胶前驱体在１００－１２０℃的温度下进行烘干、去 水；　（４）．将上述凝胶放到高温炉中，在空气气氛下、１０００－１２００℃烧结６－８个小时，即得到了铒掺杂的七铝酸十二钙粉体；　（５）．将得到的粉体样品压成直径为２０ｍｍ，厚为５ｍｍ的靶材，将靶材在１２００－１３００℃下烧结７－９ 小时后取出，放到真空室中用电子束烧蚀，烧蚀后经机械抛光得到透明陶瓷样品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉学，李进辉，徐长山，刘益春，钟殿强，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]