[发明专利]钇镓石榴石基陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钇镓石榴石基(YGG)陶瓷材料及其制备方法，属于陶瓷材料领域。

背景技术

水蒸气对大气和地球长期的健康具有举足轻重的影响，对全球水蒸气浓度的准确测试的信息可以提高天气预报的准确率。最近研究发现，对水蒸气浓度的研究可以提高对飓风行踪的准确预报。水蒸气对温室效应的影响比二氧化碳的影响还要大。如果全球的温度升高到足以使两极的冰盖融化，这将导致全球严重的洪涝灾害。通过对全球水蒸气分布以及浓度的准确的测定，可以提高对飓风、洪涝等自然灾害的提早预报和预防。

目前对于水蒸气的测试主要有两种，一、微波的测试方式；二、激光的测试方式。激光相对微波测试来说，由于可以准确调节波长到水蒸气吸收的波长，可以高精度的测定水蒸气的含量。水蒸气在0.944μm和0.935μm左右吸收波长分别具有较强的吸收，对于水蒸气吸收波长(0.9μm左右)可以采用硅探测器探测，可以很简便、便宜的实现激光的探测，从而实现水蒸气浓度的测定。在0.944μm左右的激光波长可以采用添加Sc₂O₃组分调谐的方法实现Nd:YAG的激光输出。

然而，现有的激光材料中还没有可以产生水蒸气吸收波长0.935μm左右的激光材料。

发明内容

本发明的目的在于制备YGG以及Nd:YGG材料来实现0.935μm左右的激光输出，目前国内外还未见报道。

本发明选择的化学式为Ndx:Y_3-xGa₅O₁₂。本发明选择的陶瓷组成的化学式中X的取值范围为0at％～10at％。

本发明选择采用喷雾热解、喷雾燃烧以及燃烧的方法制备Nd:YGG粉体。

本发明采用的燃烧合成方法依次包括下述步骤：

(1)将选定的组分元素的氧化物溶于硝酸，形成溶有所需元素的硝酸盐溶液。

(2)在溶液中按化学式加入燃烧剂，使燃烧剂能和上述硝酸盐溶液充分反应。燃烧剂一般是有机试剂，如乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸、甘氨酸、尿素等。

(3)加热，直至水分蒸干，得到透明的凝胶状的物质。

(4)500℃～800℃燃烧得到先驱体粉末。

(5)在800℃～1000℃煅烧2～4小时，制备得到所需粉体。

本发明采用的喷雾热解合成的方法依次包括下述步骤：

(1)将选定的组分元素的硝酸盐溶于溶剂，形成溶有所需元素的硝酸盐溶液。溶剂包括水、乙醇、丙醇，浓度使得在100g/L以下。

(2)用雾化器喷入250～300℃的马福炉内。

雾化器包括超声雾化器、过滤膨胀雾化器，旋转雾化器、喷射雾化器。

(3)在800～1000℃煅烧2～4小时，制备得到所需粉体。

本发明采用的喷雾燃烧合成的方法依次包括下述步骤：

(1)将选定的组分元素相应的硝酸盐溶于溶剂，形成溶有所需元素的硝酸盐溶液。溶剂包括水、乙醇、丙醇，浓度使得在100g/L以下。

(2)在溶液中加入燃烧剂和沉淀剂，使燃烧剂和沉淀剂和上述硝酸盐溶液充分反应。燃烧剂一般是有机试剂，如乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸、甘氨酸、尿素等。沉淀剂一般是指尿素、草酸二甲脂、六次甲基四胺等。

(3)用雾化器喷入800～1000℃的马福炉内，可以得到氧化物粉体。雾化器包括超声雾化器、过滤膨胀雾化器，旋转雾化器、喷射雾化器

(4)在800～1000℃煅烧2～4小时，制备得到所需组分的氧化物粉体。

制备Nd:YGG透明陶瓷的具体工艺路线见图1。

由本发明制备陶瓷粉体最终制得得透明陶瓷材料能实现0.935μm左右的激光输出，提供一种性能优异的透明激光材料。

附图说明

图1是Nd:YGG透明陶瓷的制备工艺路线。

具体实施方式

实施例1

Nd1at％:Y₃Ga₅O₁₂混合石榴石透明陶瓷的制备：将Y、Ga、Nd硝酸盐溶于水中，形成溶有所需元素的硝酸盐溶液，经过过滤除去不溶性物质。再在溶液中加入一定量的甘氨酸，在100℃温度下加热，直至水分蒸干，得到透明的凝胶状的物质。然后转移到500℃的马福炉内，凝胶状的物质很快的会燃烧，并放出褐色的烟雾。剩余得到茶色的粉末。再在1000℃煅烧2小时，制备得到所需组分的氧化物粉体。

实施例2

Nd3at％:Y₃Ga₅0₁₂石榴石透明陶瓷的制备：将Y、Ga、Nd硝酸盐溶于乙醇中，形成溶有所需元素的硝酸盐乙醇溶液，用雾化器喷入250℃～300℃的马福炉内，可以得到硝酸盐粉末，然后再在1000℃煅烧2小时，制备得到所需组分的氧化物粉体。