專利名稱：釔鋁石榴石納米粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及釔鋁石榴石(以下簡(jiǎn)稱YAG)納米粉的制備，尤其是YAG前驅(qū)物粉體的燒結(jié)方法。
背景技術(shù)：
YAG透明陶瓷和YAG單晶相比，因?yàn)榫哂幸字苽洹⒌统杀?、大尺寸、可大批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于固體激光介質(zhì)材料、高溫結(jié)構(gòu)部件和高溫紅外探測(cè)用窗口等領(lǐng)域。制備高性能的YAG透明陶瓷，需要性能優(yōu)異的YAG粉體，要求粉體有高的相純度，顆粒尺寸在納米級(jí)，大小均一并無團(tuán)聚，而所有這些性能都與粉體的燒結(jié)方法密切相關(guān)。
傳統(tǒng)制備YAG納米粉常采用固相反應(yīng)法，是將Al2O3和Y2O3粉按化學(xué)計(jì)量比混合，在1600℃下長(zhǎng)時(shí)間的煅燒得到的，YAG相的形成要經(jīng)過一系列的如下反應(yīng)(1)(YAM，900～1100℃)；(2)(YAP，1100～1250℃)；(3)(YAG，1400～1600℃)。
最終制得的YAG粉體顆粒粗大，團(tuán)聚嚴(yán)重，還有過渡相存在，不利于制備性能優(yōu)良的YAG陶瓷，因而需要發(fā)展新的YAG粉體制備方法。
共沉淀法是制備陶瓷粉體的常用方法，其優(yōu)點(diǎn)是各種成分可以均勻混合，因?yàn)榍膀?qū)物的制備條件和燒結(jié)方法對(duì)最終顆粒的尺寸、團(tuán)聚狀況以及相的純度有著重要的影響，所以探索合適的制備條件和燒結(jié)方法有很實(shí)際的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種YAG納米粉的制備方法，要求所制得的YAG納米粉顆粒大小均勻，無團(tuán)聚，粒徑在60～100nm，無過渡相存在，獲得性能優(yōu)良的YAG納米粉的陶瓷原料。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下①配制YAG納米粉的原料溶液Al(NO3)3溶液、Y(NO3)3溶液和NH4HCO3溶液，按Y3+、Al3+離子在YAG中的化學(xué)計(jì)量比量取相應(yīng)體積的Al(NO3)3溶液和Y(NO3)3溶液，混合均勻形成混合溶液，量取≥1.6倍于混合溶液體積的NH4HCO3溶液備用；②將所述的混合溶液以≤3毫升/分鐘的速度滴加到所述的NH4HCO3溶液中，同時(shí)進(jìn)行充分的攪拌，然后陳化形成沉淀液；③將所得的沉淀液進(jìn)行真空抽濾，在抽濾的同時(shí)用去離子水沖洗至少4次，乙醇沖洗至少2次；④將抽濾后所得白色沉淀在低溫20-50℃進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間干燥，再在剛玉研缽中進(jìn)行研磨獲得粉體；⑤將所得的粉體轉(zhuǎn)移到帶蓋子的剛玉坩鍋中，然后置于硅炭棒電爐內(nèi)，在空氣氣氛中先以200～300℃/小時(shí)的升溫速率從室溫升至850℃，并需分別在各吸熱峰對(duì)應(yīng)溫度130℃和200℃下各保溫0.5～1小時(shí)，然后以50～100℃/小時(shí)的升溫速率升至晶化溫度，并在該晶化反應(yīng)的初始和終結(jié)溫度940±50℃各保溫1-2小時(shí)，最后緩慢降至室溫；⑥將燒結(jié)所得粉體轉(zhuǎn)移至剛玉研缽中進(jìn)行仔細(xì)研磨，得到所需的YAG納米粉體。
所述的原料溶液及濃度如下原料組分摩爾濃度Al(NO3)3溶液 0.25～0.30Y(NO3)3溶液 為Al(NO3)3溶液濃度的0.6倍NH4HCO3溶液 1.20～1.50按1∶1的體積比量取Al(NO3)3和Y(NO3)3溶液，混合均勻形成混合溶液，量取≥3.2倍于Al(NO3)3溶液體積的NH4HCO3溶液備用。
所述的的混合溶液以≤3毫升/分鐘的速度滴加到所述的NH4HCO3溶液時(shí)，沉淀體系的pH應(yīng)大于7.8。
本發(fā)明的技術(shù)效果在前驅(qū)物的制備過程中，由于限定滴加速度≤3ml/min，使沉淀體系的pH始終大于7.8，確保Y3+、Al3+分別以Y2(CO3)3、NH4Al(OH)2CO3的形式沉淀，從而降低了最終粉體的燒結(jié)溫度；在前驅(qū)物的干燥過程中，采用在低溫下長(zhǎng)時(shí)間干燥的方法，使洗滌過程中殘余的乙醇及微量的水分等揮發(fā)性物質(zhì)可以自然蒸發(fā)，從而減弱毛細(xì)管作用力，抑制前驅(qū)物顆粒間的軟團(tuán)聚發(fā)展為硬團(tuán)聚，使燒結(jié)粉末的分散性大大改善；在前驅(qū)物的燒結(jié)過程中，生成YAG多晶的相轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間通常為晶化溫度±50℃，通過在晶化反應(yīng)的終始溫度分別保溫，并升溫速率為50-100℃/h，從而使過渡相轉(zhuǎn)變?yōu)閅AG相，保證了最終粉體相的純度。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明所得的YAG納米粉體，顆粒大小均勻無團(tuán)聚，無過渡相存在，說明該納米粉可以作為一種良好的陶瓷原料。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例制備的YAG納米粉前驅(qū)物的TG/DSC曲線圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例制備的YAG納米粉的XRD圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和比較例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1本發(fā)明YAG納米粉的制備方法，包括下列步驟①按下列濃度配制YAG納米粉的原料溶液
原料組分 摩爾濃度(mol/l)Al(NO3)3溶液0.25～0.30Y(NO3)3溶液 為Al(NO3)3溶液濃度的0.6倍NH4HCO3溶液 1.20～1.50根據(jù)需要，按1∶1的體積比，量取Al(NO3)3和Y(NO3)3溶液混合均勻形成混合溶液，量取≥3.2倍于Al(NO3)3溶液體積的NH4HCO3溶液備用；②將所述的混合溶液以≤3ml/min的速度滴加到所述的NH4HCO3溶液中，同時(shí)進(jìn)行充分的攪拌，滴加完成后2小時(shí)停止攪拌，然后陳化12小時(shí)，沉淀體系的pH應(yīng)大于7.8，形成沉淀液；③將所得的沉淀液進(jìn)行真空抽濾，在抽濾的同時(shí)用去離子水沖洗4次，乙醇沖洗2次；④將抽濾后所得白色沉淀在低溫在30℃干燥48小時(shí)，再在剛玉研缽中進(jìn)行研磨獲得粉體；⑤將所得的粉體轉(zhuǎn)移到帶蓋子的剛玉坩鍋中，然后置于硅炭棒電爐內(nèi)，在空氣氣氛中以250℃/h的速度升溫至850℃，其中分別在130℃和200℃各保溫0.5小時(shí)；再以100℃/h的速度從850℃升溫至1000℃，并分別在900℃和1000℃各保溫1h；最后以100℃/h的速度降至室溫；⑥將燒結(jié)所得粉體轉(zhuǎn)移至剛玉研缽中進(jìn)行仔細(xì)研磨，得到所需的YAG納米粉體。
對(duì)本實(shí)施例納米粉的測(cè)試結(jié)果如下本發(fā)明實(shí)施例制備的YAG納米粉前驅(qū)物的TG/DSC曲線圖如圖1所示，XRD圖如圖2所示。粉體顆粒大小均勻無團(tuán)聚，尺寸約為70nm，近似呈橢球型，無過渡相存在。說明該納米粉可以作為一種良好的制備透明陶瓷的原料。
實(shí)施例2至實(shí)施例8的制備工藝與實(shí)施例1基本相同，其工藝參數(shù)如下表1所示表1.YAG納米粉的制備條件

☆分散性由透射電鏡(TEM)觀察確定☆粒徑由謝萊公式計(jì)算確定比較例傳統(tǒng)制備YAG納米粉常采用固相反應(yīng)法，具體包括如下步驟①根據(jù)反應(yīng)式確定各原料的化學(xué)計(jì)量，并嚴(yán)格稱量；②將稱量的Y2O3、Al2O3粉混合，加入分析純的TEOS(硅酸乙酯)作為添加劑，含量為0.5％，以濃度為95％的乙醇作研磨介質(zhì)，高純ZrO2球作研磨體，進(jìn)行濕磨；③將濕磨好的粉體在120℃下干燥5h；④將干燥后的粉料裝在石英舟里，于流動(dòng)的氧氣氣氛中1600℃煅燒5h；⑤將燒結(jié)好的粉體進(jìn)行仔細(xì)的研磨，得到Y(jié)AG超細(xì)粉體。
由于固相反應(yīng)無法避免粉體原料微區(qū)均勻性差和化學(xué)配比失配的問題，即使在較高的燒結(jié)溫度和較長(zhǎng)的保溫時(shí)間下，YAG粉體仍然有少量的過渡相存在，并且粉體顆粒粗大，尺寸在1～2μm之間，還有明顯的團(tuán)聚。說明該粉體不適合作為制備透明陶瓷的原料。
最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者進(jìn)行等同替換，而未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種YAG納米粉的制備方法，其特征在于該方法包括下列步驟①配制YAG納米粉的原料溶液Al(NO3)3溶液、Y(NO3)3溶液和NH4HCO3溶液，按Y3+、Al3+離子在YAG中的化學(xué)計(jì)量比量取相應(yīng)體積的Al(NO3)3溶液和Y(NO3)3溶液，混合均勻形成混合溶液，量取≥1.6倍于混合溶液體積的NH4HCO3溶液備用；②將所述的混合溶液以≤3毫升/分鐘的速度滴加到所述的NH4HCO3溶液中，同時(shí)進(jìn)行充分的攪拌，然后陳化形成沉淀液；③將所得的沉淀液進(jìn)行真空抽濾，在抽濾的同時(shí)用去離子水沖洗至少4次，乙醇沖洗至少2次；④將抽濾后所得白色沉淀在低溫20-50℃進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間干燥，再在剛玉研缽中進(jìn)行研磨獲得粉體；⑤將所得的粉體轉(zhuǎn)移到帶蓋子的剛玉坩鍋中，然后置于硅炭棒電爐內(nèi)，在空氣氣氛中先以200～300℃/小時(shí)的升溫速率從室溫升至850℃，并需分別在各吸熱峰對(duì)應(yīng)溫度130℃和200℃下各保溫0.5～1小時(shí)，然后以50～100℃/小時(shí)的升溫速率升至晶化溫度，并在該晶化反應(yīng)的初始和終結(jié)溫度940±50℃各保溫1-2小時(shí)，最后緩慢降至室溫；⑥將燒結(jié)所得粉體轉(zhuǎn)移至剛玉研缽中進(jìn)行仔細(xì)研磨，得到所需的YAG納米粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的YAG納米粉的制備方法，其特征在于所述的原料溶液及濃度如下原料組分 摩爾濃度Al(NO3)3溶液 0.25～0.30Y(NO3)3溶液 為Al(NO3)3溶液濃度的0.6倍NH4HCO3溶液 1.20～1.50按1∶1的體積比量取Al(NO3)3和Y(NO3)3溶液，混合均勻形成混合溶液，量取≥3.2倍于Al(NO3)3溶液體積的NH4HCO3溶液備用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的YAG納米粉的制備方法，其特征在于所述的的混合溶液以≤3毫升/分鐘的速度滴加到所述的NH4HCO3溶液時(shí)，沉淀體系的pH應(yīng)大于7.8。
全文摘要
一種YAG納米粉的制備方法，包括下列步驟配制原料溶液；將Al(NO
文檔編號(hào)C01F7/02GK1792805SQ200510110760
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者趙郝炎, 胡麗麗, 孫洪濤, 廖梅松 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所