[發明專利]一種非水基凝膠注模成型制備鋱鋁石榴石基磁光透明陶瓷的方法

有效

• 申請號: 201610554361.X
• 申請日: 2016-07-14
• 公開（公告）號: CN107619273B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 戴佳衛;尹瑞;李江;謝騰飛;寇華敏;石云;陳昊鴻;潘裕柏
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/44
• 分類號: C04B35/44;C04B35/50;C04B35/622
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種非水基凝膠注模成型制備鋱鋁石榴石基磁光透明陶瓷的方法，包括：按照化學計量比稱量Tb₄O₇、Al₂O₃、A的氧化物以及B的氧化物，均勻混合后得原料粉體，或者以濕化學法合成的Tb_3?xA_xAl_5?yB_yO₁₂粉體為原料粉體；在所得原料粉體中加入非水溶劑、固化劑和環氧樹脂，經球磨混合后得到陶瓷漿料，其中所述非水溶劑為乙醇、甲醇、丙醇、乙二醇、丙酮、丁酮、環己烷、十二烷中的至少一種；將所得陶瓷漿料真空除氣后注入模具，經固化、干燥、脫模、排膠處理后在1200～1750℃下燒結1～50小時。本發明采用非水溶劑來制備陶瓷漿料，固相含量高達60vol%，漿料性能穩定并且具有較好的流動性。

技術領域

本發明提供一種非水基凝膠注模成型制備鋱鋁石榴石基磁光透明陶瓷的方法，通過該方法可得到具有復雜形狀的磁光陶瓷零件，屬于透明陶瓷領域。

背景技術

磁光材料是指在紫外到紅外波段具有磁光效應的光信息功能材料。磁光材料種類繁多，在激光、光纖通信、計算機等高科技領域得到廣泛的應用。目前，各類磁光材料的發展較為迅速，已經出現的磁光材料有磁光晶體、磁光玻璃、磁光液體等，其中磁光晶體和磁光玻璃的應用較為普遍。近年來，陶瓷制備技術的發展使得陶瓷的透明化已經成為現實，并且隨著技術的不斷改進，透明陶瓷的光學質量得到進一步的提高，光學性能甚至可以和單晶相媲美。磁光陶瓷正是基于這樣的背景應運而生，成為近年來出現的一種新型的磁光材料。高功率激光器的發展對磁光材料的性能提出了更高的要求，包括高Verdet常數、高光學質量、大尺寸、高熱導率、高激光損傷閾值等。磁光玻璃雖能獲得較大的尺寸，但是其熱導率較低，容易形成熱損傷，無法承受較高的激光功率；磁光晶體具有較高的熱導率，但是單晶生長周期較長，同時難以獲得大尺寸，無法滿足高功率激光器對大口徑磁光元件的需求。磁光陶瓷的熱導率和磁光晶體相當，熱擴散性能較好，可以有效防止激光過程中的熱損傷；易得到較大的尺寸，能夠做成大口徑的磁光元件；斷裂韌性高，抗熱震性能好。這些性能上的優勢滿足了高功率激光器對磁光材料的性能要求，使得磁光陶瓷具有很好的應用前景。

鋱鋁石榴石(Tb₃Al₅O₁₂，以下簡記為TAG)在可見光和近紅外波段具有較高的光學透過率和較大的Verdet常數，是一種性能優異的磁光材料。但是由于TAG的非一致熔融特性，晶體制備十分困難，所以一直未獲得廣泛的應用。而陶瓷的制備可以避免非一致熔融過程，得到比較純的TAG相；同時TAG屬于立方晶系，不存在雙折射現象，容易實現陶瓷材料的透明化，因此TAG磁光透明陶瓷具有很好的應用前景。另外，通過Ce、Pr、Nd、Gd、Tm、Yb、Lu、或Y等部分取代Tb，或者以Sc、Ga等部分取代Al，同樣可以獲得具有高光學透過率及高Verdet常數的Tb_3-xA_xAl_5-yB_yO₁₂(其中，A為Ce、Pr、Nd、Gd、Tm、Yb、Lu、或Y；B為Sc或Ga；x和y的取值范圍為：0≤x＜3，0≤y＜5)磁光透明陶瓷。

陶瓷的成型工藝對陶瓷素坯的品質以及最終燒結得到的陶瓷的質量有著重要的影響，在材料制備過程中起到承上啟下的作用。凝膠注模成型技術是一種新型的制備高品質復雜形狀陶瓷的近凈成型技術。與其他成型技術相比，凝膠注模成型技術具有諸多優點：1)適用范圍較廣，對粉體無特殊要求；2)可實現近凈尺寸成型，制備出復雜形狀的陶瓷；3)坯體強度高于傳統成型工藝所制的坯體，可進行機械加工；4)坯體有機物含量低；5)坯體和燒結體性能均勻性好。因此該成型技術適用于多組分的Tb_3-xA_xAl_5-yB_yO₁₂陶瓷坯體的制備。根據采用的溶劑是否為水溶液，將凝膠注模分為水基凝膠注模和非水基凝膠注模。水基凝膠注模成型陶瓷坯體過程，為了降低坯體缺陷，需要的干燥條件苛刻，同時存在著粉體水化作用等一系列問題。