[发明专利]一种反应热压烧结制备CaLa2

说明书

本发明涉及一种反应热压烧结制备CaLa₂S₄红外透明陶瓷的方法，利用反应烧结实现陶瓷成型，制备出了高稳定性、高致密度和高透过率的CaLa₂S₄红外透明陶瓷。与现有陶瓷烧结技术相比，该方法利用了多硫化物LaS₂的热分解形成CaLa₂S₄纳米粒子原位活化热压成型技术，同时热分解释放S有效弥补了烧结过程中的硫缺失，有效解决了CaLa₂S₄陶瓷烧结时易氧化、烧结时间长和难烧结的难题。同时该技术工艺简单、效率高，适合于批量制备CaLa₂S₄红外透明陶瓷，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于新材料制备技术领域，涉及一种反应热压烧结制备CaLa₂S₄(硫镧钙，CLS)红外透明陶瓷的方法，具体涉及一种反应热压烧结制备高稳定性、高致密度、高透过率CaLa₂S₄红外透明陶瓷的方法。

背景技术

CaLa₂S₄透明陶瓷具有优异的红外透过率、高的熔点和高的硬度，有望成为红外窗口的理想材料。

CaLa₂S₄红外陶瓷的制备主要有气氛热压烧结法、先气氛无压烧结再真空热压烧结法、热等静压烧结法和电场辅助烧结法。气氛热压烧结法[Wang Li Hsing，Hon MinHsiung，Huang Wen Liang，Lin Whai Yuh.Sulphurization of coprecipitatedcarbonates for formation of CaLa₂S₄.Journal of Materials Science,1991.26(18):p.5013-5018]采用碳酸盐沉淀法得到的微米级CaLa₂S₄粉体，在碳化钨模具中施加以400MPa的压强，并在H₂S气氛保护下1400℃烧结8h，得到了半透明性的CaLa₂S₄陶瓷；先气氛无压烧结再真空热压烧结法[Merdrignac Conanec Odile，Durand Guillaume，WalfortSebastian， Hakmeh Noha，Zhang Xianghua.Elaboration of CaLa₂S₄transparentceramics from novel precursor powders route.Ceramics International,2017.43(8):p.5984-5989]采用水热法得到的前驱体，经硫化后得到介观尺寸的CaLa₂S₄粉体，将得到的粉体装入石墨模具，先在H₂S气氛下1250℃无压烧结12h，之后将模具放入真空热压烧结炉中，在温度 1000℃、压强120MPa下烧结6h，得到了半透明的CaLa₂S₄陶瓷，另外，此团队中N·阿克梅赫、O·梅尔德里格诺-科纳内克和X-H·张在2015年发明专利CN107001153A《制造基于硫化物的陶瓷元件的方法，特别是用于IR光学应用》中提出了一种水热法制备硫化锌粉体和真空热压烧结硫化锌陶瓷的方法，论述中也提到了CaLa₂S₄粉体的热压烧结，但未提及CaLa₂S₄粉体制备和热压参数细节；热等静压烧结法[Bor Jou Tsay,Li Hsing Wang，Min Hsiung Hon.Formation and densification of CaLa₂S₄powders by sulfidizationof modified metal alkoxides in different atmospheres.Materials Science andEngineering B72(2000):P.31-35]采用掺少量PbS的CaLa₂S₄粉体，先在H₂S气氛下 1350℃无压烧结4～8h，再在温度1350℃、压强200MPa和氩气气氛下热等静压烧结 1h，得到了偏黑色半透明的CaLa₂S₄陶瓷；电场辅助烧结法[Yiyu Li and Yiquan Wu. Sintering behaviorof calcium lanthanum sulfide ceramics in field-assisted consolidation.Journal of the American Ceramic Society,2017.100(11):p.5011-5019]采用市售的CaLa₂S₄粉体，将粉体放入模具，真空烧结环境，粉体受到压强为50MPa，温度为 1000℃，电场辅助烧结(FAST)10分钟，得到了半透明的CaLa₂S₄红外陶瓷。以上报道的CaLa₂S₄陶瓷烧结方法中普遍存在硫缺失严重、烧结时间长和难烧结等问题，所得到的CaLa₂S₄红外陶瓷相中均存在由于氧化形成的硫氧化物杂质，导致8～14μm红外波段SO₃^2-和SO₄^2-的强吸收，进而导致低红外透过率。因此综合看来，发展一种新的制备高稳定性、高致密度、高透过率CaLa₂S₄透明陶瓷的方法具有重要意义。