一种钇掺杂氟化镁钡透明陶瓷及其制备方法和应用技术

本申请提供一种钇掺杂氟化镁钡透明陶瓷及其制备方法和应用。所述透明陶瓷以氟化镁钡为基体以钇元素作为掺杂元素经烧结获得，其原料由氯化钡、氯化镁、硝酸钇和氟化钾组成，其中，钡离子、镁离子、钇离子和氟离子的摩尔比为(100

【技术实现步骤摘要】
一种钇掺杂氟化镁钡透明陶瓷及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及一种新材料，特别是涉及一种钇掺杂氟化镁钡透明陶瓷及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在整个说明书中对现有技术的任何讨论都不应被视为承认这些现有技术是广为人知的，或构成本领域公知常识的一部分。
[0003]为了满足紫外光刻、高分辨率发射光谱、光子器件制造、微纳加工、医药合成等领域的科研和生产需求，深紫外全固态激光器的研究在国内外引起了广泛的关注。与常用的局限于立方结构的固体激光材料(如CaF2、Y2O3、Lu2O3、YAG)相比，工作在更短波长(200nm以下)的低对称体系材料发光效率更高，发展潜力更大。
[0004]氟化镁钡(BaMgF4，正交晶系，空间群为Cmc21，点群为mm2)是一种非线性晶体，它具有极短的紫外截止波长(125nm)、从深紫外跨幅到中红外的宽广的透光度范围(126nm
‑
13μm)和全频段准相位匹配的能力等优势，是深紫外全固态激光器的理想候选材料。已有研究表明，在可见光和紫外光谱区域周期性极化的BaMgF4晶体中可以实现准相位匹配频率转换过程，在紫外光中获得的最短转换波长为368nm。然而，由于BaMgF4晶体制备过程中存在的开裂、制备周期长、效率低和整体成本高等问题导致其难以大量应用。
[0005]相较于单晶，陶瓷激光技术具有生产周期短、制造成本低、加工方便的等优点，制备的激光陶瓷相较于普通的光学材料往往拥有更多优势，比如具有高强度、高绝缘、耐腐蚀、耐高温等优势，又兼具良好的透光性，可制成多种用途的电
‑
光、电
‑
机军民两用器件，在空间科学、激光、红外探测、特种仪器制造、电子技术及高温技术、航空航天和国防装备等领域具有广阔的应用前景。但是陶瓷作为一种多晶材料，其内部的晶界、气孔、晶格的不完整性都会导致材料的不透明、不均匀等并增加光散射损失，从而影响激光的产生，所以目前透明激光陶瓷制备的难点主要在于透光性和均匀性。
[0006]本专利技术的目的在于克服或改善现有技术中的至少一个缺点，或提供一个有用的替代方案。除非上下文有明确的要求，否则在整个说明书和权利要求中，“包括”、“包含”等词应从包容性的角度来解释，而不是从排他性或详尽性的角度来解释；也就是说，从“包括，但不限于”的角度来解释。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种透明陶瓷材料及其制备方法和应用。本专利技术所述透明陶瓷材料为高纯度钇掺杂氟化镁钡，以氟化镁钡为基体，钇元素作为掺杂元素，该透明陶瓷材料具有更小的晶粒尺寸、更高的透过率以及良好的非线性特性。本专利技术还提供了钇掺杂氟化镁钡透明陶瓷的制备方法，使用改进的水浴法制备出的钇掺杂氟化镁钡粉体粒径小、均匀无团聚、纯相无杂质、高活性且易烧结，解决了目前制备的氟化镁钡透明陶瓷出现的不透明和不均匀的难点问题。
[0008]具体地，本专利技术的技术方案如下所述：
[0009]在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种透明陶瓷材料，其以氟化镁钡为基体以钇元素作为掺杂元素经烧结获得，其原料中钡离子(Ba
2+
)、镁离子(Mg
2+
)、钇离子(Y
3+
)和氟离子(F
‑
)的摩尔比为(100
‑
150)：(100
‑
150)：(5
‑
12)：(750
‑
900)。
[0010]在本专利技术的实施方式中，所述原料中的钡离子(Ba
2+
)、镁离子(Mg
2+
)、钇离子(Y
3+
)和氟离子(F
‑
)分别来自于钡盐、镁盐、钇盐和氟化盐，所述钡盐、镁盐、钇盐和氟化盐分别为氯化钡、氯化镁、硝酸钇和氟化钾。
[0011]在本专利技术中，陶瓷的原料直接影响到陶瓷的结构和性能，专利技术人在现有研究以及进一步的实施中发现，比如以氟化镁、氟化钡和三氟乙酸为原料的氟化镁钡粉体往往存在热稳定性问题，且产物中会存在氟化镁和氟化钡的非晶混合物，难以得到纯净的产物；比如，以碳酸钡和醋酸镁替代氟化镁和氟化钡能够改善粉体的热稳定性，但是粉体粒径过大，往往超过0.5μm，在此基础上尝试添加硝酸铼，结果发现稀土离子铼的加入容易使颗粒形成聚集体和出现不规则颗粒，且纯度依然有待提高；以及，在一些实施方式中尝试更换氟化物种类比如使用氟化氢铵，并同时以硝酸钡和硝酸镁为原料，以此制备得到的氟化镁钡具有了减小的粉体粒径，但是粉体颗粒容易团聚且粒径分布不均匀；在又一些实施方式中，以氯化镁和氯化钡为原料，同时以氯化铽为原料并添加氟化铵，以此得到的氟化镁钡粉体具有良好的分散性但是粉体颗粒的粒径过大在微米级别，虽然可以通过控制离子浓度改善粒度问题，但改善程度有限且难以进一步控制颗粒生长以及难以获得纳米量级的粉体，且其他有机溶剂的添加又会使产品纯度下降。此外，在一些实施方式中，以氯化镁、氯化钡、硝酸镱和/或硝酸铒和氟化钾为原料制备的氟化镁钡，也存在分离粒径过大、晶粒尺寸过大的问题；并且上述实施方式中获得的氟化镁钡陶瓷材料的光学透过性往往一般，都有待提高。
[0012]在本专利技术的技术方案中，为了提供高光学质量的透明陶瓷，本专利技术以氟化镁钡为基体，以钇元素作为掺杂元素，并以氯化镁、氯化钡、硝酸钇和氟化钾为原料，并且控制氯化钡、氯化镁、硝酸钇和氟化钾的摩尔比为(100
‑
150)：(100
‑
150)：(5
‑
12)：(750
‑
900)。
[0013]其中，Y
3+
的掺杂能够阻止氟化镁钡粉体颗粒的长大，有利于制备粒径小而均匀的氟化镁钡粉体，并且还可以缓解其它离子聚集引起的浓度淬灭效应。
[0014]此外，在本专利技术中，原料间的配比也会影响陶瓷材料的结构和性能，本专利技术中氯化钡、氯化镁、硝酸钇和氟化钾的摩尔比控制在(100
‑
150)：(100
‑
150)：(5
‑
12)：(750
‑
900)，比如，氟化钾以该量的加入并与其他原料以此配比有至少两方面的原因：一是为了增加与溶液中的钡离子和镁离子反应时的氟离子的数量，即可以使溶液中的钡离子和镁离子等阳离子反应完全；二是过量的氟离子有一定减小反应后氟化镁钡粉体粒径的作用，但过量也应在上述限度内。这一情况可以解释如下：由于氟化镁钡晶胞是由阴离子(MgF6)4‑
和阳离子(Ba
2+
)组成的，而其中的阴离子基团(MgF6)4‑
表现出了以Mg原子为中心，F原子于其周围环绕的八面体形，在一个轴向上呈之字形排布，再通过另一个轴向上的顶点连接为层层覆盖的板状构形，所以在晶胞内部必然有一部分的氟离子。在合成样品的过程中，由于氟离子超过相应的标准化学计量，因此，溶液中存在很多的氟离子，当氟离子在溶液中的浓度增加时，F
‑
F离子相互的排斥力增大，最终产生的强本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透明陶瓷材料，其以氟化镁钡为基体以钇元素作为掺杂元素经烧结获得，其原料由氯化钡、氯化镁、硝酸钇和氟化钾组成，其中，钡离子、镁离子、钇离子和氟离子的摩尔比为(100
‑
150)：(100
‑
150)：(5
‑
12)：(750
‑
900)。2.根据权利要求1所述的透明陶瓷材料，其特征在于，所述透明陶瓷材料的晶粒尺寸<3μm；优选地，所述透明陶瓷材料在400
‑
800nm可见光波段最大透过率≥50.5％，最小透过率≥48.3％。3.一种制备权利要求1或2所述的透明陶瓷材料的方法，其包括：取钡盐、镁盐和钇盐配制水溶液1，取氟化盐配制水溶液2；将水溶液2搅拌下倒入水溶液1中反应得乳浊液3，并继续搅拌；将乳浊液3置于水浴中加热，加热结束后静置，对静置后的乳浊液3进行离心、洗涤、干燥处理，干燥后研磨得钇掺杂氟化镁钡粉体；烧结该粉体得透明陶瓷材料；所述钡盐、镁盐、钇盐和氟化盐分别为氯化钡、氯化镁、硝酸钇和氟化钾。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述钡盐、镁盐、钇盐和氟化盐中钡离子、镁离子、钇离子和氟离子的摩尔比为(100
‑
150)：(100
‑
150)：(5
‑
12)：(750
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张梅伦，曹振博，杨胜赟，张洋，贾金升，郑京明，吕海风，袁晓聪，周游，洪升，
申请(专利权)人：中建材光子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：