[发明专利]一种氧化钇基透明陶瓷的烧结方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷材料制备领域，具体涉及一种氧化钇基透明陶瓷的烧结方法。

背景技术

透明陶瓷既具有像玻璃一样的透光性，又具有陶瓷本身的耐高温、耐腐蚀、高强度等优 异性能。在能源、医学成像、激光武器、勘探等方面透明陶瓷均有广泛应用前景。高性能透 明陶瓷是当前材料领域研究和应用的重要前沿方向。

陶瓷一般是不透明的，因为陶瓷内部的杂质和气孔会形成大量的散射中心而使其不透 明。但是对于一些具有立方相结构的特殊的材料比如氧化钇、氧化镁等，一旦将其内部的杂 质和气孔完全排除后，这些材料就显现出类似于玻璃一样的光学透过性。人类对于陶瓷具有 光学透过性认识开始于上个世纪五十年代，陶瓷科学家coble制备了第一块半透明的氧化铝 陶瓷，此后几十年中人们陆续制备了钇铝石榴石、氧化镁、氧化铍、氧化钇、二氧化锆、掺 镧锆钛酸铅等多种氧化物系列透明陶瓷。近期又制备出非氧化物透明陶瓷，如氮化硅、砷化 镓、硫化锌、硒化锌、氟化镁、氟化钙和氧氮化铝等。

目前对于氧化物透明陶瓷的烧结方法有：热压烧结、热等静压烧结、常压烧结(气氛烧 结和真空烧结)等方法。称为Yttralox的氧化钇透明陶瓷是由美国通用电气公司首先研制成 功的，该方法以ThO₂作为烧结添加剂，在2170℃下常压烧结得到。美国专利4115134介绍 了一种通过两步烧结，高温相转化来控制晶粒生长，制备致密透明掺镧氧化钇陶瓷的烧结方 法。随着粉体技术的发展，采用高纯、超细原料，通过工艺上的严格控制，可以得到晶粒尺 寸在亚微米到微米尺度的透明陶瓷。日本科学家TakayasuIkegami等利用真空烧结的方法在 1700℃条件下即可得到氧化钇透明陶瓷。

但是常规烧结方法很难控制晶粒的生长和气孔排除速度，容易产生晶粒内气孔而使陶瓷 透过率下降。所以至今还未获得达到理论透过率的透明氧化钇陶瓷。并且纳米氧化钇粉体在 真空中容易被还原，使烧结体中氧缺位严重，也容易降低其透过率。目前对于钇铝石榴石透 明陶瓷的烧结研究较为成熟，其透过率也基本达到理论值。但是在用于固体激光器基质材料 方面，只有少数国家能得到激光输出。这就意味着烧结体中依然存在微小气孔影响激光器的 工作。对于氧化物透明陶瓷的烧结，以上常规烧结方法最根本的难点在于不能调控致密化和 晶粒生长两个过程，无法起到人为调控的作用。陈一苇教授(I.Chen，X.Wang，Nature 2000， 404，168.)提出利用两步烧结的方法在低温烧结致密氧化钇陶瓷，但是未能制备出透明陶瓷。 在此基础上K.Serivalsatit等(K.Serivalsatit，B.Kokuoz，B.Kokuoz，J.Ballato，Optics Letters 2009，34，1033.)，将两步烧结后具有一定致密度的样品进行热等静压烧结，制备出具有纳米 晶粒的透明陶瓷。但是该烧结方法涉及的成本较高，不易操作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种氧化钇基透明陶瓷的烧结方法。

本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：

一种氧化钇基透明陶瓷的烧结方法，包括如下步骤：

1)将原料粉体按照各元素的比例进行配料并混合后制得混合粉体，然后将混合粉体通过 冷等静压成型；

2)将成型后的混合粉体升温至1200～1600℃之间，然后立即降温350～800℃，进行保温；

3)将保温后的混合粉体真空烧结2～10小时。

本发明所述的氧化钇基透明陶瓷为掺杂氧化钇基透明陶瓷。

较佳的，所述掺杂氧化钇基透明陶瓷的化学组成为Y_(2-x)M_xO₃，其中M选自Nd、Yb、 Er、La、Ho或Zr中的一种或多种，所述x表示M元素的摩尔比例。

优选的，所述x的取值范围为0＜x≤0.2；进一步优选的，所述x的取值范围为0.02≤x ≤0.2，最优选的，所述x的取值范围为0.02≤x≤0.16。