本发明专利技术涉及一种镧系稀土掺杂纳米YAG复合粉体的制备方法。采用沉淀法，以尿素或氨水为沉淀剂，将稀土Re、钇、铝盐溶液和沉淀剂按(尿素或氨水)/(Re+Y+Al)=2.0:1.0—20.0:1.0(摩尔比)，Re、Y、Al之间按分子式(Y1-xRex)3Al5O12的计量摩尔比，x=0—0.7，于80—120℃下反应得到水合溶胶沉淀，洗涤至中性后与无水乙醇混合得到醇凝胶，随后进行自然干燥，或放入高压反应釜内，以无水乙醇或CO2做抽提溶剂进行超临界抽提干燥，得到稀土Re、钇和铝沉淀物粉体，经800—1700℃焙烧2—6h，得到不同晶粒大小和形貌的纳米稀土掺杂YAG复合氧化物粉体。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供了以镧系稀土金属、钇和铝的盐类或氧化物为原料，利用水溶性聚合物或水溶性有机醇在溶液中形成高分子螯合网络体系，以尿素或氨水为沉淀剂，经自然干燥或超临界流体强制抽提干燥制备镧系稀土掺杂纳米YAG复合粉体的方法。
技术介绍
钇铝石榴石(Y3Al5O12, YAG)晶体属于立方晶系，具有优良的光学性制和稳定的化学性能，可以进行稀土 Nd、Ce、Pr等元素掺杂，被广泛地应用于激光材料、发光基质材料 以及高温结构材料。Czochralski法制备的YAG单晶体已经获得应用，但是由于其过程复杂，操作难度大，成本高，难以生长大尺寸和高浓度掺杂的YAG单晶，从而限制YAG单晶的广泛应用。与YAG单晶相比，YAG多晶透明陶瓷的制备工艺简单，生产成本低，而且能够根据器件的要求制成所需的尺寸和形状，还可进行高浓度掺杂，易于批量生产。已有文献报道，Nd掺杂YAG透明陶瓷在一定情况下的激光性能已经超越其单晶体(Lu，J. ; Prabhu, M.;Xuj J. ; Uedaj K. ; Yagij H. ; Yanagitani, T. ; Kaminskii, A. A. Appl. Phys. Lett.2000，77，3707 — 3709)，成为很有竞争力的潜在替代单晶的激光材料。制备高密度高透明的YAG陶瓷，需要对涉及的每一个过程进行严格控制，包括粉体的制备、成型、以及烧结过程，每个阶段的控制都关系到下一阶段的成果。影响透明陶瓷性的因素主要包括第二相、晶界相以及残余气孔等缺陷，高透明陶瓷要求缺陷浓度低，因为缺陷的存在会破坏陶瓷体的光学均匀性，引起光的反射与散射，最终导致光学透过率下降(Anna Luisa Costa, Marina Serantoni, Guido Toci, Matteo Vannini. , OpticalMaterials, 2011, 33，713 - 721)。研究表明，化学纯度高、平均晶粒尺寸小、粒径分布窄、单分散、无团聚、形貌规则的YAG纳米粉体有利于制备性能优异的YAG透明陶瓷(J. Zhou,ff. X. Zhang, L. Wang, Y. Q Shen, J. Li, ff. B. Liu, B. X. Jiang, H. M. Kou, Y. Shi,Y. B. Pan, Ceramics International, 2011, 37:119 - 125)。YAG 粉体的制备方法主要有固相法、溶胶-凝胶法、喷雾干燥法、水热及溶剂热法、燃烧法以及沉淀法，其中沉淀法由于操作简单，易于精确控制，被广泛的应用于陶瓷粉体的制备中。采用沉淀法制备YAG透明陶瓷粉体，前驱体在干燥后通常需要进行高温煅烧以使前驱体晶化形成YAG相，煅烧温度一般高于1000°C。而且煅烧过程中经常发生颗/晶粒粗化，即小颗/晶粒互相接触生长形成大颗/晶粒。陶瓷烧结的目的是提高致密度、降低气孔率，同时抑制晶粒长大，因为晶粒粗化往往降低陶瓷体的断裂强度，异常晶粒长大还会严重影响陶瓷体的微观结构，导致结构不均匀，而只有微观结构均匀的陶瓷才可能成为透明陶瓷并具有光学应用价值。均匀沉淀法是沉淀法的一种，该方法可以使沉淀物均匀地生成，方法简单、制备周期短、成本低，易于实现工业化的批量生产。然而均匀沉淀法等湿化学法制备的前驱体沉淀物在常规干燥过程中易形成团聚，导致颗粒尺寸分布不均匀，给随后陶瓷素坯的压制与烧结带来困，最终影响陶瓷体的微观结构和光学透过率。导致团聚的主要原因是在干燥过程中随着液体的蒸发，颗粒间液膜表面张力增大促使颗粒相互靠近收缩，最终形成团聚。超临界流体干燥是目前有效降低液体表面张力的方法之一。超临界流体具有特殊的溶解能力，粘度低、扩散好、浓度易调节，而且在超临界状态下气液界面消失，不存在界面导致的表面张力。因此，超临界流体干燥技术被广泛的应用于纳米结构的制备。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种沉淀法结合超临界流体干燥技术制备纳米稀土掺杂YAG复合氧化物的方法，该方法是利用水溶性聚合物或水溶性有机醇在溶液中形成复杂的高分子螯合网络体系，以尿素或氨水为沉淀剂，经自然干燥或超临界流体强制抽提干燥制备纳米YAG氧化物复合粉体的一种方法。 本专利技术的技术方案 这里公开了一种利用水溶性聚合物或水溶性有机醇在稀土金属和铝盐溶液中形成复杂的有机金属离子螯合网络体系，以尿素或氨水为沉淀剂，使分散在螯合网络体系中的稀土和铝离子缓慢地沉淀析出，从而控制水合溶胶晶核的生长。稀土金属包括镧系La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及Lu元素的氧化物、硝酸盐、氯化物、硫酸盐，硫酸铵盐、硝酸铵盐及醋酸盐，其中稀土氧化物为La203、Pr2O3> Sm2O3> Eu203、Gd2O3> Tb4O7, Dy203、Ho2O3> Er2O3> Tm2O3> Yb2O3及Lu2O3,金属乾包括氧化乾、硝酸乾、氯化乾、硫酸乾和醋酸乾,金属招包括硝Ife招、氣化招、硫Ife招和醋Ife招。本专利技术的实施方案如下 I、原料液(水溶液)的配制 采用稀土氧化物和氧化钇为原料，按化学计量配比量取定量的浓度为68%的硝酸，分别将稀土氧化物和氧化钇原料放入反应容器中，将量取的硝酸加入反应容器，氧化物与加入的硝酸开始溶解反应生成相应的稀土和钇的硝酸盐溶液，直至溶解完全后，加入去离子水调节硝酸盐溶液的浓度，即分别得到硝酸盐原料溶液，硝酸盐溶液浓度调节在IX 10_3—2.Omol/L的范围内待用。采用稀土金属包括镧系La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 及 Lu 元素的硝酸盐、氯化物、硫酸盐和硝酸钇、氯化钇、硫酸钇和醋酸钇以及硝酸铝、氯化铝和硫酸铝为原料，直接用水溶解配制溶液浓度在I X 10_3 — 2. Omol/L的范围内的原料盐溶液待用。2、合成 (I)尿素水解合成 在稀土 Re、钇、铝盐溶液中，加入水溶性聚合物和/或水溶性C1-C8有机醇和尿素搅拌均匀形成螯合网络体系，置于带有冷凝回流装置和搅拌装置的反应器中，待混合均匀以后，以2 — 5°C /min的升温速度开始加热，待温度恒定后，保持在该温度下反应4一20小时。升温使尿素水解，生成稀土 Re、钇和铝离子水合溶胶沉淀，检控反应过程中的pH值，待pH值保持不变，并且不再放出CO2后恒温0. 5 —1.0小时，停止加热，继续搅拌至温度降到30°C左右，此时反应完成。该步骤的制备条件反应温度60— 120°C，尿素/(Re+Y+Al) =2.0:1.0—20. 0:1. 0(摩尔比)，稀土 Re、Y、Al之间按分子式(YpxRex)3A15012的计量摩尔比配比，x =0—0. 7，优选0. 001—0. 3，更优选0. 001—0. I。水溶性聚合物和/或水溶性有机醇添加量为I一 100g/L (按反应溶液总体积数计)，反应时间4一20h，直至不再放出CO2气体。(2)氨水沉淀合成 在稀土 Re、Y、Al盐溶液中，加入水溶性聚合物和/或水溶性C1-C8有机醇搅拌均匀形成螯合网络体系，置于带有搅拌装置的反应器中混合均匀，滴加25%的氨水，生成稀土 Re、钇和铝离子水合本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种镧系稀土掺杂纳米YAG复合粉体的制备方法，其特征在于采用沉淀法得到前驱体水合溶胶沉淀，洗涤得到醇凝胶，自然干燥或超临界抽提干燥得到稀土Re、钇和铝化合物粉体，焙烧得到不同晶粒大小和形貌的纳米稀土掺杂YAG复合氧化物粉体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨儒，秦杰，李敏，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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