[發(fā)明專利]一種透明陶瓷材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110431439.6
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN102515752A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 易海蘭;鄒小慶;周國紅;楊燕;王士維
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 上海海頌知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種透明陶瓷材料及其制備方法，具體說，是涉及一種鋯酸鑭釔透明陶瓷材料及其制備方法，屬于陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

透明陶瓷兼有陶瓷材料固有的高強(qiáng)度、高絕緣、耐高溫、耐腐蝕等特性和玻璃材料的光學(xué)性能，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。

相比單晶，透明陶瓷可以根據(jù)器件應(yīng)用要求較方便地實(shí)現(xiàn)高濃度離子的均勻摻雜，避免由于晶體生長工藝限制所造成的摻雜濃度低、分布不均勻的狀況。另外，透明陶瓷的制備溫度遠(yuǎn)低于單晶的制備溫度，對于一些高熔點(diǎn)的材料尤其具有實(shí)際意義。研究表明，某些透明陶瓷的性能已經(jīng)達(dá)到或超過單晶材料，并有望在一些特定場合逐步替代單晶光學(xué)材料。相對于玻璃材料，透明陶瓷具有耐高溫、熱導(dǎo)率高、硬度高、抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在某些特殊場合有其獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有較高可見光透過率的新型透明陶瓷材料及其制備方法，為本領(lǐng)域增添一種新產(chǎn)品，以滿足信息探測、激光介質(zhì)、高溫視窗等領(lǐng)域?qū)ν该魈沾刹牧系男阅芤蟆?/p>

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種透明陶瓷材料，為鋯酸鑭釔陶瓷，其化學(xué)式為LaYZr₂O₇。

一種所述的透明陶瓷材料的制備方法，包括：粉體制備、成型、燒結(jié)和退火熱處理步驟，其特征在于：所述的粉體制備采用甘氨酸-硝酸鹽燃燒法；所述的成型采用注漿成型工藝或干壓結(jié)合冷等靜壓成型工藝。

進(jìn)一步，采用甘氨酸-硝酸鹽燃燒法制備粉體的步驟如下：按照Zr∶La∶Y的摩爾比為2∶1∶1稱取硝酸鋯、硝酸鑭和硝酸釔，配制成硝酸鹽水溶液；加入燃燒劑甘氨酸，攪拌使完全溶解；調(diào)節(jié)溶液的pH值為3～5；加熱使發(fā)生燃燒反應(yīng)，得到前驅(qū)體粉體；對前驅(qū)體粉體進(jìn)行熱處理；球磨、篩分，即得鋯酸鑭釔粉體。

所述硝酸鹽水溶液中的硝酸根離子的摩爾濃度推薦為0.1～5mol/L，優(yōu)選為0.1～2mol/L。

所述甘氨酸與硝酸根離子的摩爾比優(yōu)選為0.3∶1～0.7∶1。

所述熱處理?xiàng)l件優(yōu)選為：在1000～1200℃保溫2～4小時(shí)。

進(jìn)一步，所述的注漿成型工藝包括如下步驟：

將制得的鋯酸鑭釔粉體以15～35vol％的固含量分散于去離子水中，在pH＝8～10或pH＝3～5條件下加入分散劑，進(jìn)行攪拌、超聲分散、球磨、陳化處理，制得漿料；注漿成型；進(jìn)行干燥后脫模，即得鋯酸鑭釔陶瓷素坯。

所述分散劑推薦為聚丙烯酸鹽或聚甲基丙烯酸鹽；優(yōu)選為聚丙烯酸銨、聚丙烯酸鈉、聚甲基丙烯酸銨或聚甲基丙烯酸鈉。

所述分散劑的加入量優(yōu)選為使其在溶液中的含量為0.5～1.5wt％。

所述超聲分散的時(shí)間優(yōu)選為15～30分鐘。

所述球磨時(shí)間優(yōu)選為6～12小時(shí)。

所述陳化處理時(shí)間優(yōu)選為0.5～8小時(shí)。

所述干燥優(yōu)選為在15～35℃下干燥2～8小時(shí)后，再在40～70℃下干燥2～8小時(shí)。

進(jìn)一步，所述的干壓結(jié)合冷等靜壓成型工藝包括如下步驟：

先在5～20MPa下將制得的鋯酸鑭釔粉體干壓成型為素坯，再將所得素坯在180～230MPa進(jìn)行冷等靜壓處理，即得鋯酸鑭釔陶瓷素坯。

所述干壓成型和冷等靜壓處理均優(yōu)選在室溫下進(jìn)行。

所述冷等靜壓處理的時(shí)間優(yōu)選為1～3分鐘。

上述的鋯酸鑭釔粉體的平均粒徑優(yōu)選為50～100nm。

進(jìn)一步，所述燒結(jié)的步驟如下：將制得的鋯酸鑭釔陶瓷素坯先在1000～1200℃預(yù)燒2～4小時(shí)，然后在真空條件下于1800～1900℃燒結(jié)4～10小時(shí)。

所述真空條件優(yōu)選真空度≤5.0×10^-3Pa。

進(jìn)一步，所述退火熱處理的步驟如下：將燒結(jié)后的樣品在空氣氣氛中于1400～1600℃下保溫4～10小時(shí)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的鋯酸鑭釔透明陶瓷材料經(jīng)過雙面拋光的1mm厚樣品在可見光波段的最大直線透過率可達(dá)75％以上，同時(shí)燒結(jié)致密度高，相對密度大于99.99％，可滿足在信息探測、激光介質(zhì)、高溫視窗等領(lǐng)域的應(yīng)用要求。另外，本發(fā)明的制備方法具有工藝簡單，可控性好，無需燒結(jié)助劑，燒結(jié)條件相對較簡單，易于操作和生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制得的鋯酸鑭釔透明陶瓷材料的X射線衍射圖譜；

圖2為實(shí)施例1制得的鋯酸鑭釔透明陶瓷材料的透過率曲線圖。

具體實(shí)施方式