[發(fā)明專利]Ho離子參雜倍半氧化物透明陶瓷及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211175496.7
• 申請日: 2022-09-26
• 公開（公告）號: CN115353389B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王俊;徐文強;王瑩;劉鵬;馬杰;沈德元;唐定遠
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇師范大學(xué)
• 主分類號: C04B35/505
• 分類號: C04B35/505;C04B35/622;C04B35/645;C04B35/64;H01S3/16
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 錢玲玲

本發(fā)明公開了Ho離子參雜倍半氧化物透明陶瓷及其制備方法，包括將Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;和含Ho離子的摻雜劑均按化學(xué)式(Hosubgt;x/subgt;Ysubgt;1?x/subgt;)subgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;進行稱重后混合，獲得混合粉料，并使混合粉料依次經(jīng)過球磨、烘干、研碎、過篩和煅燒處理，得到Ho:Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;粉體，其中，0.001≤x≤0.05；將Ho:Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;粉體進行成型處理，得到素胚；將素胚依次經(jīng)過真空燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、退火、拋光處理后，獲得Ho:Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;透明陶瓷；熱等靜壓燒結(jié)的升溫升壓過程為先將熱等靜壓燒結(jié)溫度升到目標(biāo)溫度，再對熱等靜壓腔體增壓，將熱等靜壓腔體的壓力升到目標(biāo)壓力；熱等靜壓燒結(jié)的降溫降壓過程為先將熱等靜壓燒結(jié)溫度降低至1000℃以下，再對熱等靜壓腔體泄壓，將熱等靜壓腔體的壓力降為正常大氣壓。本發(fā)明能夠降低透明陶瓷殘存氣孔率，提高可見光直線透過率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及Ho離子參雜倍半氧化物透明陶瓷及其制備方法，屬于透明陶瓷技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

工作在人眼安全波段的2?μm激光在大氣遙感、醫(yī)療手術(shù)、激光雷達系統(tǒng)以及自由空間光通信（FSO）方面具有重要應(yīng)用。

三價Ho³⁺離子由于其從激發(fā)態(tài)(⁵I₇)到基態(tài)(⁵I₈)的1.9–2.1μm躍遷及大的發(fā)射截面和長熒光壽命被廣泛用于實現(xiàn)2?μm波段的激光輸出。

Y₂O₃作為一種極具潛力的固體激光器增益介質(zhì)具有優(yōu)良的物理和化學(xué)特性，如寬范圍的透明度（0.2-8?μm）和高耐腐蝕性，在激光性能方面又具有高熱導(dǎo)率、高激光損傷閾值、低聲子能量和低熱膨脹系數(shù)的優(yōu)點。

此外與其它增益介質(zhì)相比，六配位的Y³⁺離子與六配位的Ho³⁺離子具有幾乎完美匹配的離子半徑（0.90??），兩者較好的相容性將使Ho:Y₂O₃在熱導(dǎo)率等影響激光性能的參數(shù)上不會發(fā)生惡化，Y₂O₃將更適合作為2μm波段的Ho³⁺離子激光器的增益介質(zhì)。

傳統(tǒng)上單晶體被用作固體激光器的增益介質(zhì)，然而由于Y₂O₃熔點極高（2410℃），難以實現(xiàn)高光學(xué)質(zhì)量的大尺寸單晶制備，在工藝上又不容易實現(xiàn)高濃度的稀土離子均勻摻雜。近些年來，陶瓷作為一種有前途的激光宿主材料出現(xiàn)，不同于單晶的制備工藝使其顯示出了比單晶激光增益介質(zhì)更多的優(yōu)勢，如低制造成本、活性離子的高濃度均勻摻雜、大尺寸特定形狀定制、出色的機械強度和高導(dǎo)熱性。采用陶瓷成型工藝結(jié)合燒結(jié)制度的調(diào)控，可在遠低于材料熔點的燒結(jié)溫度下（1400-1800℃）實現(xiàn)Y₂O₃陶瓷的透明化。另外，相比于單晶材料，Y₂O₃陶瓷的機械強度更高，而且制備周期更短，更適合大規(guī)模生產(chǎn)。在Y₂O₃陶瓷基質(zhì)中摻雜入特定濃度的Ho³⁺離子，通過調(diào)整粉體制備工藝、陶瓷成型工藝、燒結(jié)制度、Ho³⁺離子摻雜濃度與特定后處理工藝可以在實現(xiàn)與Y₂O₃單晶相當(dāng)?shù)母吖鈱W(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)上獲得最佳的激光性能輸出。

當(dāng)前，Ho:Y₂O₃透明陶瓷通常采用真空燒結(jié)結(jié)合熱等靜壓燒結(jié)工藝。但是，如果燒結(jié)工藝控制不當(dāng)，很容易在陶瓷中產(chǎn)生大量氣孔，進而影響材料透過率和激光性能。因此，本申請?zhí)峁〩o離子參雜倍半氧化物透明陶瓷及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容