專利名稱：一種鉿酸釔透明陶瓷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉿酸釔透明陶瓷的制備方法，屬于透明陶瓷領(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(zhǎng)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(duì)于一些高熔點(diǎn)的材料尤其具有實(shí)際意義。研究表明，某 些透明陶瓷的性能己經(jīng)達(dá)到或超過(guò)單晶材料，并有望在一些特定場(chǎng)合逐步替代單晶光學(xué)材 料。相對(duì)于玻璃材料，透明陶瓷具有耐高溫、熱導(dǎo)率高、硬度髙、抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)， 在某些特殊場(chǎng)合有其獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。
自1962年，美國(guó)專利號(hào)US3026210中首次報(bào)道制備出半透明氧化鋁陶瓷以來(lái)，透明陶瓷 的研究得到很大的發(fā)展。目前已制備出了YAG: Nd (參見A.Ikesue,T.Kinoshita，K.Kamata， K. Yoshida, J. Am. Ceram. Soc., 1995， 78(4):1033-1037.中所述)；Y203: Nd (參見Ji. Lu, Ju. Lu， T. Murai, et al., Jpn. J. Appl. Phys.， 2001, 40(12A): L1277-1283.中所述)等激光陶瓷，以及 (Y,Gd)203: Eu (參見美國(guó)專利號(hào)4421671中所述)，Gd3Ga5012: (Cr, Ce)(參見美國(guó)專利號(hào) US5318722中所述)，SrHf03: Ce (參見H. Re'tot, A. Bessie、re, A. Kahn-Harari, B. Viana, Optical Materials (2007)中所述)等閃爍體陶瓷。中國(guó)專利CN1587187采用燃燒法制粉，高溫?zé)釅夯?者熱等靜壓等方法制備出了鉿酸鑭透明陶瓷。
鉿酸釔(Y2Hf207)在常溫下呈穩(wěn)定的立方燒綠石結(jié)構(gòu)(空間群Fm3m (225))，具備 制成透明陶瓷的條件。因?yàn)榫邆涓呙芏?、高有效原子序?shù)、高射線吸收能力等優(yōu)良特性， 鉿酸釔透明材料在信息探測(cè)、激光介質(zhì)、高溫視窗等方面有很好的應(yīng)用前景。由于鉿酸釔 的熔點(diǎn)高，使得其單晶材料的制備非常困難，因而鉿酸釔透明陶瓷材料的研制顯得尤為重 要。受其本身的燒結(jié)性能和燒結(jié)方法等限制，目前還沒(méi)有鉿酸釔透明陶瓷的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鉿酸釔透明陶瓷的制備方法。
本發(fā)明提供的鉿酸釔透明陶瓷的制備方法包括鉿酸釔粉體的制備、成型、燒結(jié)和退 火熱處理工藝等步驟。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種制備鉿酸釔透明陶瓷的方法，包括下列步驟以鉿酸釔粉體為原料，經(jīng)成型、燒 結(jié)及退火熱處理工藝制得鉿酸釔透明陶瓷。
所述鉿酸釔粉體采用固相合成法或共沉淀法制備。
所述固相合成法的步驟為選用氧化鉿與氧化釔，或者氧化鉿(Hf02)與硝酸釔(Y(N03)3) 為原料，將氧化鉿與氧化釔或硝酸釔按Hf與Y的摩爾比為1: l計(jì)量配比混料，然后將混
合料球磨4 20h，然后在800 100(TC保溫1 4h進(jìn)行粉體熱處理即制得鉿酸紀(jì)粉體。
所述共沉淀法的步驟為采用氯化鉿(HfCU)與硝酸釔(Y(N03)3),或者氧氯化鉿(HfOCl2) 與硝酸釔(Y(N03)3)為原料，采用草酸銨作為沉淀劑進(jìn)行合成，所得前驅(qū)體于干燥箱內(nèi)干燥 后在800 100(TC保溫1 4h進(jìn)行粉體熱處理即制得鉿酸釔粉體。
優(yōu)選的，所述氯化鉿、氧氯化鉿與硝酸釔為分析純。
所述成型步驟包括
1) 將鉿酸釔粉體裝入模具中，在常溫、5 20MP壓力下1 5分鐘干壓成型為素坯；
2) 將素坯在常溫、180 230MP壓力下1 3分鐘冷等靜壓成型處理。 所述燒結(jié)步驟為將冷等靜壓成型處理后的樣品在真空或熱壓條件下燒結(jié)，燒結(jié)溫度
為1850°C 1910°C，保溫時(shí)間4 20h。
優(yōu)選的，所述熱壓條件的壓力為40 70Mpa。
所述鉿酸釔粉體在成型步驟前，需要進(jìn)行球磨和篩分處理，球磨篩分后的粉體粒徑不 大于120目，優(yōu)選為120目~200目之間，即能夠通過(guò)120目篩但是不能通過(guò)200目篩的 顆粒粒徑(篩網(wǎng)的目數(shù)越高，則篩網(wǎng)的孔徑越小)。
所述退火熱處理為將燒結(jié)后的樣品在120(TC 160(TC保溫2h 10h，并在空氣氣氛 中退火熱處理。
本發(fā)明制備鉿酸釔透明陶瓷的主要特點(diǎn)是克服了直接使用鉿酸釔粉體來(lái)制備透明陶 瓷時(shí)所需溫度過(guò)高，不易操作的技術(shù)缺陷，通過(guò)以氧化鉿(Hf02)與氧化釔(Y203)或氧化鉿(Hf02)與硝酸釔(Y(N03)3)作為合成原料制備鉿酸釔透明陶瓷。該粉體制備工藝簡(jiǎn) 單，可控性好，易于操作和大量生產(chǎn)；同時(shí)燒結(jié)致密度高，相對(duì)理論密度大于99.9%。使用 本發(fā)明所述的方法制備的鉿酸釔透明陶瓷，經(jīng)過(guò)雙面拋光的lmm厚樣品在可見光范圍的最 高透過(guò)率超過(guò)60%，且本發(fā)明的方法不需燒結(jié)助劑，具有操作簡(jiǎn)單方便，成本低以及易操 作的特點(diǎn)。


圖1為實(shí)施例1中制得的鉿酸釔透明陶瓷照片。
圖2為實(shí)施例1中制得的鉿酸釔透明陶瓷的X射線衍射譜圖。
圖3為實(shí)施例1中制得的鉿酸釔透明陶瓷的透過(guò)率曲線圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:
本實(shí)施例采用固相合成法制備鉿酸釔粉體。將分析純氧化鉿(Hf02)與氧化釔(Y203)按
Hf與Y的摩爾比為1: 1計(jì)量混料后于行星球磨機(jī)上250rpm的轉(zhuǎn)速球磨6h。將上述混合 料在干燥箱6(TC干燥，之后置于馬怫爐中進(jìn)行粉料熱處理，保溫時(shí)間為2h;經(jīng)過(guò)球磨篩分 后的粉末粒徑為120目，然后進(jìn)行干壓(5MP， lmin)和冷等靜壓成型(200MP， 3min)， 并依次經(jīng)過(guò)真空燒結(jié)、退火熱處理等工藝，得到純相鉿酸釔(Y2Hf207)透明陶瓷。粉料熱 處理、燒結(jié)和退火等工藝條件如表1所示。該陶瓷片拋光后的照片如圖1所示；X射線衍 射圖如圖2所示，表明該陶瓷片為純凈的燒綠石立方結(jié)構(gòu)；透過(guò)率曲線如圖3所示，其中 橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為透過(guò)率，樣品為經(jīng)雙面拋光后直徑15mm，厚lmm的鉿酸釔陶瓷 片。
實(shí)施例2:
本實(shí)施例采用固相合成法制備鉿酸釔粉體。將分析純氧化鉿(Hf02)與硝酸釔(Y(N03)3)按 Hf與Y的摩爾比為1: 1計(jì)量混料后于行星球磨機(jī)上250rpm的轉(zhuǎn)速球磨6h。將上述混合 料在干燥箱6(TC干燥，之后置于馬怫爐中進(jìn)行粉料熱處理，保溫時(shí)間為4h;經(jīng)過(guò)球磨篩分 后的粉末粒徑為150目~200目，然后進(jìn)行干壓(5MP， lmin)和冷等靜壓成型(200MP， 3min)，并依次經(jīng)過(guò)真空燒結(jié)、退火熱處理等工藝，得到純相鉿酸釔(Y2Hf207)透明陶瓷。 粉料熱處理、燒結(jié)和退火等工藝條件如表1所示。實(shí)施例3:
本實(shí)施例采用共沉淀法合成法制備鉿酸釔粉體。將分析純氯化鉿(HfCU)與硝酸紀(jì) (Y(N03)3)按Hf與Y的摩爾比為1: l計(jì)量配置成溶液，用草酸銨溶液作為沉淀劑進(jìn)行沉淀 反應(yīng)，經(jīng)過(guò)抽濾、洗滌后，將濾餅置于真空干燥箱內(nèi)干燥，之后置于馬怫爐中進(jìn)行粉料熱 處理，保溫時(shí)間為3h;經(jīng)過(guò)球磨篩分后干壓(5MP， lmin)和冷等靜壓成型(200MP， 3min)， 并依次經(jīng)過(guò)真空燒結(jié)、退火熱處理等工藝，得到純相鉿酸釔(Y2Hf207)透明陶瓷。粉料熱 處理、燒結(jié)和退火等工藝條件如表1所示。
實(shí)施例4:
本實(shí)施例采用共沉淀法合成法制備鉿酸釔粉體。將分析純氧氯化鉿(HfOCl2)與硝酸釔
(Y(N03)3)按Hf與Y的摩爾比為1: l計(jì)量配置成溶液，用草酸銨溶液作為沉淀劑進(jìn)行沉淀
反應(yīng)，經(jīng)過(guò)抽濾、洗滌后，將濾餅置于真空干燥箱內(nèi)干燥，之后置于馬怫爐中進(jìn)行粉料熱
處理，保溫時(shí)間為lh;經(jīng)過(guò)球磨篩分后千壓(5MP， lmin)和冷等靜壓成型(200MP， 3min)， 并依次經(jīng)過(guò)真空燒結(jié)、退火熱處理等工藝，得到純相鉿酸釔(Y2Hf207)透明陶瓷。粉料熱 處理、燒結(jié)和退火等工藝條件如表1所示。
實(shí)施例5-
本實(shí)施例采用共沉淀法合成法制備鉿酸釔粉體。將分析純氯化鉿(HfCU)與硝酸釔 (Y(N03)3)按Hf與Y的摩爾比為1: 1計(jì)量配置成溶液，用草酸銨溶液作為沉淀劑進(jìn)行沉淀 反應(yīng)，經(jīng)過(guò)抽濾、洗滌后，將濾餅置于真空干燥箱內(nèi)干燥，之后置于馬佛爐中進(jìn)行粉料熱 處理，保溫時(shí)間為lh;經(jīng)過(guò)球磨篩分后干壓(20MP， 3min)和冷等靜壓成型(180MP， 2min)， 并依次經(jīng)過(guò)熱壓燒結(jié)(40MP)、退火熱處理等工藝，得到純相鉿酸釔(Y2Hf207)透明陶瓷。 粉料熱處理、燒結(jié)和退火等工藝條件如表1所示。
實(shí)施例6:
本實(shí)施例采用共沉淀法合成法制備鉿酸釔粉體。將分析純氧氯化鉿(HfOCl2)與硝酸釔
(Y(N03)3)按Hf與Y的摩爾比為1: l計(jì)量配置成溶液，用草酸銨溶液作為沉淀劑進(jìn)行沉淀
反應(yīng)，經(jīng)過(guò)抽濾、洗滌后，將濾餅置于真空干燥箱內(nèi)干燥，之后置于馬怫爐中進(jìn)行粉料熱
處理，保溫時(shí)間為4h，經(jīng)過(guò)球磨篩分后干壓(15MP， 5min)和冷等靜壓成型(230MP， lmin)，并依次經(jīng)過(guò)熱壓燒結(jié)(70MP)、退火熱處理等工藝，得到純相鉿酸釔(Y2Hf207)透明陶瓷。 粉料熱處理、燒結(jié)和退火等工藝條件如表1所示。
表1.實(shí)施例1-6中鉿酸釔透明陶瓷的合成工藝條件
工藝條件實(shí)施例i實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5實(shí)施例6
粉體制備固相法合成共沉淀法合成Hf'02+YAHf02+Y(N03)3HfCh+Y (冊(cè)》3HfOC丄,Y(NO丄HfCl4+Y(N0:i)3,C12+Y(N03)3
粉體熱處理 溫度rc)90090080080010001000
燒結(jié)溫度 (。c)185018501900190019101850
燒結(jié)時(shí)間 (h)1010420
退火溫度 rc)16001600剛14001200畫
退火時(shí)間 (h)4h4h6h6h10h2h
權(quán)利要求
1、一種鉿酸釔透明陶瓷的制備方法，包括下列步驟以鉿酸釔粉體為原料，經(jīng)成型、燒結(jié)及退火熱處理工藝制得鉿酸釔透明陶瓷。
2、 如權(quán)利要求1中所述的鉿酸釔透明陶瓷的制備方法，其特征在于，所述鉿酸釔粉體采用 固相合成法或共沉淀法制備。
3、 如權(quán)利要求2中所述的鉿酸釔透明陶瓷的制備方法，其特征在于，所述固相合成法的步驟為以氧化鉿與氧化釔，或者氧化鉿與硝酸釔為原料，將氧化鉿與氧化釔或硝酸釔按Hf與Y的摩爾比為1: 1計(jì)量配比混料，然后將混合料球磨4 20h，然后在800 1000°C 保溫1 4h進(jìn)行粉體熱處理即制得鉿酸釔粉體。
4、 如權(quán)利要求2中所述的鉿酸釔透明陶瓷的制備方法，其特征在于，所述共沉淀法的步驟 為以氯化鉿與硝酸釔，或者氧氯化鉿與硝酸釔為原料，采用草酸銨作為沉淀劑進(jìn)行合 成，所得前驅(qū)體于干燥箱內(nèi)干燥后在800 100(TC保溫1 4h進(jìn)行粉體熱處理即制得鉿 酸釔粉體。
5、 如權(quán)利要求4所述鉿酸釔透明陶瓷的制備方法，其特征在于，所述氯化鉿、氧氯化鉿與 硝酸釔為分析純。
6、 如權(quán)利要求l-5任一權(quán)利要求所述的鉿酸釔透明陶瓷的制備方法，其特征在于，所述成 型步驟包括1) 將鉿酸釔粉體裝入模具中，在常溫、5 20MP壓力下1 5分鐘干壓成型為素坯；2) 將素坯在常溫、180 230MP壓力下1 3分鐘冷等靜壓成型處理。
7、 如權(quán)利要求l所述的鉿酸釔透明陶瓷的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)步驟為將冷 等靜壓成型處理后的樣品在真空或熱壓條件下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為185(TC 191(TC，保溫 時(shí)間為4 20h。
8、 如權(quán)利要求1中所述的鉿酸釔透明陶瓷的制備方法，其特征在于，鉿酸釔粉體在成型步 驟前，需要進(jìn)行球磨和篩分處理，球磨篩分后的粉體粒徑為-120目及以下。
9、 如權(quán)利要求1中所述的鉿酸釔透明陶瓷的制備方法，其特征在于，所述退火熱處理為 將燒結(jié)后的樣品在1200 160(TC保溫2 10h，并在空氣氣氛中退火熱處理。
10、 一種鉿酸釔透明陶瓷，由權(quán)利要求1-9中任一權(quán)利要求所述鉿酸釔透明陶瓷的制備方 法制得。
全文摘要
本發(fā)明涉及鉿酸釔透明陶瓷的制備方法，屬于陶瓷制備領(lǐng)域。本發(fā)明采用固相合成法或共沉淀法制備鉿酸釔粉體，然后將球磨篩分后的鉿酸釔粉體經(jīng)過(guò)成型、燒結(jié)及退火熱處理工藝制得鉿酸釔透明陶瓷。本發(fā)明制備的鉿酸釔透明陶瓷在可見光范圍的最大透過(guò)率大于60％，在信息探測(cè)、激光介質(zhì)、高溫視窗等領(lǐng)域有很好應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C04B35/622GK101580393SQ20091005165
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者周伯柱, 周國(guó)紅, 王士維 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所