[发明专利]一种组成和结构可设计的氧化钇基透明陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷成型和设计制备领域，具体涉及一种组成和结构可设计的氧化钇基透明陶瓷的制备方法。

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℃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。氧化钇基透明陶瓷是透明陶瓷领域的典型代表之一。

目前透明陶瓷主要采用干压结合冷等静压方法成型。如陈积阳等申请的中国专利03129618.3等，也有部分注浆成型的报道如[Laura Esposito and Andreana Piancastelli，“Role ofpowder properties and shaping technique on the formation of pore free YAG materials”，Journal ofthe European Ceramic Society，29，(2009)，317-322]。干压和冷等静压结合的方法具有工艺简单、操作方便等优点。但是对于纳米级粉体，由于粉体极细，干压时颗粒间摩擦力较大，不易压实，导致烧结不致密。此外，干压结合冷等静压的方法只能制备一些块状、圆片状等形状简单的样品，不能制备复杂形状透明陶瓷。

特别地，通常用做透明光学材料的单晶的掺杂都是均匀掺杂，无法实现具有一定设计的梯度掺杂。研究表明，梯度掺杂的激光器材料在工作时可以更好地散热，有利于提高其工作功率。氧化钇基具有较高的热导率，但是掺入少量离子后其热导率显著下降。梯度设计的氧化钇基透明陶瓷可以使陶瓷内部散热更加方便快捷，有利于提高激光器的输出功率。基于目前氧化钇基透明陶瓷的成型方法单一，较难制备复杂形状及梯度掺杂等缺点，目前有人提出利用流延成型方法来制备氧化钇基素坯，通过脱粘及烧结来制备氧化钇基透明陶瓷。Messing等用有机基流延的方法制备YAG透明陶瓷，但是有机溶剂具有易燃，对人体造成危害、成本高等缺点。同时流延成型的样品，素坯密度低，不易烧结致密。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种组成和结构可设计的氧化钇基透明陶瓷的制备方法。

本发明利用水基或有机基溶剂流延制备氧化钇基薄膜，再通过二次等静压来增加素坯的密度；材料设计主要内容包括：首先将氧化钇基粉体、不同量的掺杂粉体和分散剂加入溶剂中，配制成具有较高固含量的浆料，然后经过混合、除气泡、流延等步骤制备出流延薄膜；其中溶剂既可以采用水基，也可以采用有机基。将流延膜按照设计要求叠层、冷等静压后进行脱粘，经过再次冷等静压的素坯在真空炉中烧结出具有特殊性能的氧化钇基透明陶瓷。设备主要包括球磨机、流延机以及真空烧结炉。

本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：

一种组成和结构可设计的氧化钇基透明陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

1)将含有不同掺杂含量的氧化钇粉体分别流延成膜；

2)将具有不同掺杂含量的流延膜根据需求加工成不同的形状，然后根据叠层设计进行叠层；

3)将叠层后的流延膜进行冷等静压处理，然后经脱粘处理后再次进行冷等静压处理；

4)将冷等静压处理后的样品进行真空烧结。

所述步骤1)中的“不同掺杂含量”的含义为：每种流延膜中的掺杂元素相同，只是含有的掺杂元素的含量不同。

较佳的，所述氧化钇基透明陶瓷的制备方法的具体步骤为：

1.将氧化钇粉体和掺杂粉体加入溶剂中，再加入分散剂，通过球磨混料，配制成固含量为30～55vol％的浆料；

2.将粘结剂加入步骤1)中制得的浆料中，粘结剂加入量为氧化钇粉体和掺杂粉体的重量总和的3～20wt％；

3.再次球磨后，将混有粘结剂的浆料脱泡后在流延机上流延成膜；

4.将具有不同掺杂含量的流延膜根据需求加工成不同的形状，然后根据需求进行叠层设计；

5.叠层后的流延膜进行冷等静压处理，成型压力为70～250Mpa；

6.将成型后的样品放入马弗炉中脱粘，升温速度为1～5℃/分钟，脱粘温度为500～700℃；

7.脱粘后的样品再次进行冷等静压处理，成型压力为70～250Mpa；

8.处理后样品放入真空炉中，在1700～1850℃烧结，真空度为10^-2～10^-5Pa，烧结时间为4～30h。