[发明专利]一种固相反应制备YAG透明陶瓷粉体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备YAG透明陶瓷粉体的方法，具体涉及一种固相反应制备YAG透明陶瓷粉体的方法。

背景技术

钇铝石榴石简称YAG(yttrium aluminum garnet)，具有稳定的化学性能以及优良的光学性能和高温力学性能，在很多领域得到了广泛的应用，比如被广泛用于激光基体材料、荧光材料和荧光温度计等，也常被用于电子元件的耐热涂层、热辐射转化器的耐化学腐蚀结构材料以及电子仪表部件等。YAG粉体的制备工艺对其相关产品的性能有很大影响，高性能YAG粉体可有效提高其相关产品的性能。性能优良的YAG粉体应具有分散性好、颗粒细、形状规则(最好为球形)等特征。采用球形粉体材料可有效减低孔隙率，有利于透明陶瓷的制备。

制备YAG粉体方法很多，有固相反应法、溶胶-凝胶法、燃烧合成法、喷雾热解法和化学沉淀法等方法。其中固相反应法是一种成本低、生产简便、效率高、适合大批量生产的合成方法。但固相反应法仍然存在煅烧温度高，球磨时间不好掌握，球磨过程混入杂质影响粉体性能等缺点。

目前所报道的用固相反应法制备YAG透明陶瓷的方法主要为球磨罐采用尼龙材料作内衬，磨球采用尼龙材料包裹[李长青，左洪波，张明福等.固相反应法制备透明多晶YAG陶瓷.硅酸盐学报，2006，34(8)：979-984]和磨球采用高纯ZrO₂的方法[闻雷，孙旭东，马伟民.固相反应法制备YAG透明陶瓷.硅酸盐学报，2003，31(9)：819-822]。这两种方法不论是采用尼龙作内衬或包裹材料还是采用高纯ZrO₂作磨球，其主要目的是为了防止粉体材料的污染，但固相反应法的球磨时间一般都比较长(十几甚至几十小时)，这样，既使设备成本提高，又无法避免这些包裹材料或者异种材质磨球的磨损产物污染粉体材料。为了达到实用化的目的，必须开发生产成本低的YAG粉体固相反应法制备工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固相反应制备YAG透明陶瓷粉体的方法，该方法不仅工艺设备简单，成本低，而且能够制备出纯度高、透光好的YAG透明陶瓷粉体。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)首先，将分析纯的α-Al₂O₃粉体和Y₂O₃粉体按照5-7：3的摩尔比混合均匀得混合粉体，并在混合粉体中加入混合粉体质量0.3-0.8％的正硅酸乙酯作为烧结助剂得粉料；

2)其次，将粉料放入装有刚玉材质磨球的刚玉球磨罐中按粉料：磨球：无水乙醇＝1：2—5：0.6—0.8的质量比混合，同时加入粉料质量百分比0.2—0.5％的Y₂O₃后将该球磨罐在行星式球磨机球磨15-25h；

3)将球磨好的粉体材料取出并烘干，然后在高温电炉中于1300-1500℃煅烧30-60min即得纯净的YAG透明陶瓷粉体。

由于机械球磨直接采用刚玉材质的磨球和球磨罐，无须采用包裹材料或高成本的高纯异种材质作磨球，因此，其工艺设备简单，所得粉体纯度较高，通过对其压制成型并高温烧结即可得到透光好YAG透明陶瓷。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的YAG透明陶瓷粉体用日本理学D/max2000型X射线衍射仪分析图(横、纵坐标各代表什么？)。

具体实施方式

实施例1：首先，将分析纯的α-Al₂O₃粉体和Y₂O₃粉体按照5：3的摩尔比混合均匀得混合粉体，并在混合粉体中加入混合粉体质量0.5％的正硅酸乙酯作为烧结助剂得粉料；其次，将粉料放入装有刚玉材质磨球的刚玉球磨罐中按粉料：磨球：无水乙醇＝1：4：0.6的质量比混合，同时加入粉料质量百分比0.2％的Y₂O₃后将该球磨罐在行星式球磨机球磨20h；将球磨好的粉体材料取出并烘干，然后在高温电炉中于1400℃煅烧40min即得纯净的YAG透明陶瓷粉体。

将所得的YAG粉体用日本理学D/max2000型X射线衍射仪分析样品，发现所得粉体为比较纯净的YAG相(见图1)。用该粉体制作的YAG透明陶瓷具有很好的透光性能(在红外区的透过率达到了70％)。