[发明专利]一种透明陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明陶瓷及其制备方法，尤其涉及一种采用流延工艺制备透明陶瓷的方法，属于先进陶瓷领域。

背景技术

自1995年日本科学家Ikesue以固相反应烧结法实现Nd:YAG透明陶瓷的连续激光输出以来，激光陶瓷以其制备周期短、易实现均匀(梯度)和高浓度掺杂、易实现大尺寸和设计灵活性等优点而获得快速发展，各种新型激光透明陶瓷材料层出不穷，如Yb/Nd:YSAG、Nd:Y2O3、Cr:ZnS等，现已在物理激光测量和激光医疗等领域获得初步应用，其取代单晶成为下一代激光增益材料正逐步成为现实。在所有的激光透明陶瓷中，Nd:YAG以其优异的物理化学性质而成为研究最为广泛、激光输出效率最高的材料体系，其他稀土离子如Yb、Er、Ho、Tm和过渡金属离子Cr等掺杂的YAG透明陶瓷在产生不同激光波长、调谐脉冲宽度(皮秒、飞秒等)等方面也引起了广泛关注。

众所周知，在透明陶瓷中存在的剩余气孔、晶界杂质及掺杂偏析等光学散射中心是阻碍其光学质量超越单晶的最主要因素。作为激光增益材料，消除上述散射中心，降低其光学损耗，获得完全致密、无剩余气孔及晶界干净的陶瓷材料尤为重要。然而，对于激光输出，热效应的控制可以说是激光系统的瓶颈，不能很好的控制热效应，再好的光学质量透明陶瓷作为激光增益材料也会变得无意义。传统的固相反应烧结法制备的YAG透明陶瓷结构单一，不能有效的控制热效应，而几年来一些制备复合结构材料的方法，如：等离子喷涂法、加热模压法、激光熔覆法、磁控溅射法等等，存在制备成本高、光学质量差、透光率低、结构整体性差、热效应控制能力一般等一系列问题。近年来，流延法制备复合结构材料已越来越受到人们的关注，是目前生产陶瓷薄片常用的方法之一,能制备单层或多层片式陶瓷基板,不仅为电子设备、电子元件的微小型化以及超大规模集成电路的实现提供了广阔前景,而且为工程陶瓷的宏观结构设计和微观结构设计提供了可能,为材料的性能优化提供了一条新途径且具有较好可靠性、可重复性和可批量生产性。其最重要的一点，流延法制备的复合结构透明陶瓷能很有效的控制激光热效应，大幅度地提高了激光效率。

在采用流延制备多层(YAG/Re:YAG/YAG)复合结构透明陶瓷方面，文献1(Elizabeth R.Kupp,Gary L.Messing.J.Mater.Res,25(2010)0069-0076)在使用无水乙醇和甲苯作为溶剂，鱼油作为分散剂，添加PVB粘结剂，BBP作为增塑剂并且在真空烧结后增加HIP烧结步骤后制得的Er:YAG复合结构陶瓷整体晶粒偏大，界面结合处的离子扩散范围较大，透光率只有在1645nm处相对好一些，其他波段普遍偏低。文献2(Xuewei Ba,Jiang Li,Yanping Zeng.Ceramics International39(2013)4639–4643)采用水基流延法，以去离子水为溶剂，PAA作为分散剂，PVA为粘结剂，添加PEG-400增塑剂。由于是采用水基系统，存在有机物的互溶性较差等问题，制得的流延浆料的稳定性不够理想且流变特性较差，制备的素坯容易出现断裂和裂痕，最终制得的复合结构陶瓷气孔比较多，光学质量不是十分理想。文献3(Lin Ge,Jiang Li.OPTICAL MATERIALS EXPRESS 4(2014)1042-1049)采用无水流延和固相反应烧结法制备YAG/Nd:YAG/YAG复合结构透明陶瓷，其添加剂分别为：鱼油分散剂、粘结剂PVB、增塑剂PEG-400和BBP。虽然制备的浆料流变特性较理想，但是制备的基带均匀性差，素坯容易出现裂痕，最终烧结得到的陶瓷轴向透光率低，普遍低于80％。

在以上文献中，流延工艺制得的多层(YAG/Re:YAG/YAG)复合结构透明陶瓷普遍存在浆料流变特性很一般、光学质量较差、轴向透光率较低、稀土离子的掺杂量不高、离子的扩散较大、整个制备工艺的花费相对较高，最终制备的复合结构透明陶瓷不能满足高光学质量和良好的激光热效应控制的多层复合结构透明陶瓷制备，特别是其在高功率、大尺寸和复合结构等方面的应用。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种透明陶瓷，本发明的陶瓷具有三层结构，通过这三层结构的组成的配合，可以改善得到的透明陶瓷的透光率，而且结构稳定性好。

本发明的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种透明陶瓷，所述透明陶瓷包括由下到上的三层：纯YAG的底层；(Y_1-xRe_x)₃Al₅O₁₂的中间层；含有氧化锶和YAG的顶层；