透明陶瓷的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种通过带式浇铸制造透明陶瓷，例如钇铝石榴石的制造方法。该方法包含，形成氧化陶瓷，分散剂和有机溶剂的混合物，碾磨该混合物以形成第一浆料，将该第一浆料与有机粘合剂和增塑剂混合以形成处理浆料，碾磨该处理浆料以形成碾磨浆料，带式浇铸该碾磨浆料以形成铸件带，干燥该铸件带以形成干带，堆积部分干带以形成组件，压缩该组件以形成预制件，加热该预制件以形成生预制件，烧结该生预制件以形成透明钇铝石榴石。该方法可以用于形成单一的具有不同透明段的陶瓷产品，以及具有沿产品一部分厚度的掺杂梯度的透明陶瓷产品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及透明陶瓷，特别涉及透明陶瓷,例如但非限于透明钇铝石榴石(“YAG”) 的制造。
技术介绍
透明陶瓷作为光学材料可用于例如固态激光的主晶体，透明装甲，以及IR窗和穹 顶。钇铝石榴石(YAG)由于其高热导率,强晶体场,和宽光谱范围的光透射性,是这些用途 的优异材料。现有技术制造透明YAG的方法通常使用例如千压法和流铸法工艺。这些方法中， 首先将氧化钇和氧化铝粉末在碾磨中与有机液体，例如乙醇合并，以制造浆料。备选地，可 以用YAG粉末代替氧化钇和氧化铝粉末。浆料中可以包含添加剂,例如掺杂剂,烧结助剂, 分散剂,表面活性剂,粘合剂和/或压缩助剂。对于流铸法,碾磨浆料使固体和有机物密切 混合。对于千压法，则将浆料千燥，压碎，过筛以及单轴和/或等静压。热处理组分以去除 有机物，形成生预制件。然后烧结或者热压生预制件。这些现有技术的方法已用于生产高透明度YAG材料。然而这些方法有各种缺点， 例如不能生产可形成薄透明板的材料片。这些方法也难以通过烧结的透明组分形成掺杂剂 梯度组成。因此需要有一种避免现有技术缺点的方法，用于制造透明陶瓷，如透明YAG。本专利技术的方法通常要求带式浇铸一种或者多种陶瓷化合物，例如但不限于，一种 或多种氧化钇，氧化铝，氧化铟，氧化铊,氧化钪，氧化镥，氧化铈，镁铝尖晶石，YAG,氧化锆， 硅铝氧化-氮化物及其混合物,优选氧化钇和氧化铝的混合物。然后在真空，空气,氧气,氢气或者惰性气体,例如但不限于,氦(He),氖(Ne),氩 (Ar)，氪(Kr)，氙(Xe)，氡(Rn)及其混合物中烧结得到的带状铸件，以形成烧结的透明产 品。该烧结产品可以通过热等静压进一步压实，使产品接近于理论密度。在此应用时，术语 “接近于理论密度”理解为平均99. 999%或以上理论密度。该带状铸件还可以在真空,空气， 氧气，氢气或者惰性气体中经过热等静压，以形成透明产品。在第一个方面，本专利技术提供一种由带式浇铸陶瓷浆料生产的带制造透明陶瓷的方 法，所述透明陶瓷例如但不限于，透明氧化物,如氧化钇，氧化钪,氧化镥，氧化铈，氧化铟， 氧化铊,镁铝尖晶石，YAG及其混合物。所述带可以烧结形成薄的透明陶瓷，例如但不限于片状和板状YAG。备选地,该带可以经过热等静压(HIPed)形成透明陶瓷产品,例如但不限 于透明YAG。在第二方面，本专利技术提供一种组合的片段化带，以及由这些片段化带形成产品的 制造方法。用于带式浇铸形成透明产品的浆料的制备可以通过添加干燥氧化物粉末至一种 或多种分散剂和--种或多种溶剂，以及任选的添加剂至碾磨装置而形成混合物。所述透明 产品例如但不限于透明陶瓷，所述透明陶瓷例如但不限于YAG，所述添加剂例如但不限于一 种或多种掺杂剂和一种或多种烧结助剂，所述碾磨装置例如但不限于球磨容器。可用的干 氧化物粉末包含但不限于通过在空气中，约100°C下去除吸附水分的氧化物粉末。然后碾磨 混合物以形成第一浆料。添加--种或多种增塑剂和一种或多种粘合剂至第一浆料,进一步 碾磨以形成碾磨浆料。其中使用掺杂剂，该掺杂剂可以在形成第一浆料的碾磨步骤之前添 加至混合物。备选地，掺杂剂可以在其进一步碾磨形成碾磨浆料以前添加至第一浆料。匀 化剂可以任选地添加至碾磨浆料，所述匀化剂例如但不限于酮,所述酮例如但不限于甲基 乙基酮，甲基异丁基酮,二异丁基酮,聚醚醚酮,环己酮，丙酮(acetone),丙酮(propanone) 或者其混合物。搅拌碾磨浆料以去除夹带的空气，及蒸发溶剂，以形成具有所需粘度的去空气浆 料,粘度通常为约50厘泊至约5，000厘泊，优选约100厘泊至约1000厘泊，更优选约100 厘泊至约400厘泊。用刮片将该去空气浆料浇注在移动的载体上，以形成铸件带。该刮片的缺口与载体速度可以变化，以实现所需的铸件带厚度。该刮片缺口可以 在约0. 2mm至约0. 5mm之间变化,优选约0. 25mm至约0. 4mm,更优选约0. 3mm至约0. 35mm。 该载体的速度可以在约20cm/分钟至约50cm/分钟之间变化,优选约30cm/分钟至约40cm/ 分钟,更优选约35cm/分钟至约40cm/分钟。然后干燥该铸件带以形成干带,其被切割为 所需结构的块。通常所述带被千燥至溶剂含量小于基于该千带重量的约0.25wt. %至约 5wt. %，优选约 0. 25wt. % 至约 3wt. %,更优选约 0. 25wt. % 至约 Iwt. % 若干数量的块,通常为约2至约200块,优选约10至约1.00块，更优选约30至约 60块可以堆积形成组件。这些数字依赖于干带厚度以及所需部分厚度有较大变化。当需要 形成具有沿产品厚度的掺杂剂梯度的透明产品时，这些用于形成组件的块可以包含不同量 的掺杂剂。在粘合系统的压力下层压该组件,例如但不限于在玻璃转变温度之上单轴和/或 等静压，以生产预制件,然后加热预制件以烧去有机物，形成生预制件。在例如但不限于空 气，超压氧气，真空，氢气，氮气，或者例如但不限于氦(He)，氖(Ne)，氩(Ar)，氪(Kr)，氙 (Xe)，氡(Rn)的惰性气体及其混合物的氛围中烧制生预制件以形成烧结的透明陶瓷产品， 所述陶瓷产品的孔隙率小于约().1%,优选小于约0. 01%至小于约0. 05%,更优选小于约 0. 001%至小于约0. 0015%。该烧结陶瓷可以进--步压实,例如通过热等静压压实。当生产例如但不限于透明YAG的YAG产品时，该透明YAG产品通常具有约等于YAG 单晶的光学透明度，例如在全光谱范围，优选在约300纳米至约1700纳米光谱范围。当生产 透明YAG产品时，产品可以是非掺杂YAG和掺杂YAG,例如但不限于稀土掺杂剂掺杂的YAG, 所述稀土掺杂剂例如但不限于 Ce, Dy, Er, Eu, Gd, Ho, La, Lu, Nd, Pm, Pr, Sm, Tb, Tm, Yb 及其 混合物，该YAG产品中的稀土掺杂剂浓度可以是均匀的或者根据沿该产品任何维度所需梯 度而变化当生产例如但不限于透明YAG的YAG产品时,其可以通过添加干燥氧化钇粉末和 千燥氧化铝粉末制备形成混合物，例如但不限于，添加烘千氧化钇粉末和烘千氧化铝粉末 至分散剂和一种或多种溶剂，以及任选的添加剂的混合物。所述任选的添加剂例如但不限 于掺杂剂和烧结助剂。可用的粉末包含但不限于在空气中，约100°c下去除吸附水分制备 的粉末。然后通过球磨碾磨混合物,形成第一浆料。然后可以添加一种或多种粘合剂至第 一浆料，进一步碾磨，形成碾磨浆料。可以使用掺杂剂，包含但是不局限于稀土掺杂剂，例如 但不限于 La3+, Ce3+, Pr3', Nd3+, Pm3+, Sm3+，Eu3+, Gd3', Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm3+，Yb3+，Lu3+ 及其 混合物。可以在用于形成第一浆料的碾磨步骤之前添加一种或多种掺杂剂至该混合物。备 选地,可以在进一步碾磨形成碾磨浆料以前添加一种或多种掺杂剂至第一浆料。可以任选 地添加一种或多种匀化剂至碾磨浆料，例如但不限于丙酮(acetone)，丙酮(propanone)， 其他的酮如环己酮及其混合物。搅拌碾磨浆料以去除夹带的空气,蒸发过量溶剂，使去空气 浆料达到所需粘度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造透明钇铝石榴石的方法，其特征在于，包含以下步骤：形成Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］，Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］，烧结助剂，分散剂和有机溶剂的混合物；碾磨该混合物以形成第一浆料；将该第一浆料与有机粘合剂和增塑剂混合，以形成处理浆料；碾磨该处理浆料，形成碾磨浆料；带式浇铸该碾磨浆料以形成铸件带；干燥该铸件带以形成干带；堆积部分干带以形成组件；压缩该组件以形成预制件；加热该预制件以形成生预制件；烧结该生预制件以形成透明钇铝石榴石。

【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：加里L梅辛，伊丽莎白R库佩，李尚浩，加尼亚Y贾万达，亚当J史蒂文森，
申请(专利权)人：宾夕法尼亚州立大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：US[美国]