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，對于一些高熔點的材料尤其具有實際意義。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、硬度髙、抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點， 在某些特殊場合有其獨特的應(yīng)用價值。
自1962年，美國專利號US3026210中首次報道制備出半透明氧化鋁陶瓷以來，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 (參見美國專利號4421671中所述)，Gd3Ga5012: (Cr, Ce)(參見美國專利號 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。因為具備高密度、高有效原子序數(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、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，目前還沒有鉿酸釔透明陶瓷的報道。

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120目篩但是不能通過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是克服了直接使用鉿酸釔粉體來制備透明陶 瓷時所需溫度過高，不易操作的技術(shù)缺陷，通過以氧化鉿(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 單，可控性好，易于操作和大量生產(chǎn)；同時燒結(jié)致密度高，相對理論密度大于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)過雙面拋光的lmm厚樣品在可見光范圍的最 高透過率超過60%，且本發(fā)明的方法不需燒結(jié)助劑，具有操作簡單方便，成本低以及易操 作的特點。


圖1為實施例1中制得的鉿酸釔透明陶瓷照片。
圖2為實施例1中制得的鉿酸釔透明陶瓷的X射線衍射譜圖。
圖3為實施例1中制得的鉿酸釔透明陶瓷的透過率曲線圖。
具體實施例方式
實施例l:
本實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，保溫時間為2h;經(jīng)過球磨篩分 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)；透過率曲線如圖3所示，其中 橫坐標(biāo)為波長，縱坐標(biāo)為透過率，樣品為經(jīng)雙面拋光后直徑15mm，厚lmm的鉿酸釔陶瓷 片。
實施例2:
本實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，保溫時間為4h;經(jīng)過球磨篩分 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。實施例3:
本實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，保溫時間為3h;經(jīng)過球磨篩分后干壓(5MP， lmin)和冷等靜壓成型(200MP， 3min)， 并依次經(jīng)過真空燒結(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。
實施例4:
本實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，保溫時間為lh;經(jīng)過球磨篩分后千壓(5MP， lmin)和冷等靜壓成型(200MP， 3min)， 并依次經(jīng)過真空燒結(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。
實施例5-
本實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，保溫時間為lh;經(jīng)過球磨篩分后干壓(20MP， 3min)和冷等靜壓成型(180MP， 2min)， 并依次經(jīng)過熱壓燒結(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。
實施例6:
本實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，保溫時間為4h，經(jīng)過球磨篩分后干壓(15MP， 5min)和冷等靜壓成型(230MP， lmin)，并依次經(jīng)過熱壓燒結(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.實施例1-6中鉿酸釔透明陶瓷的合成工藝條件
工藝條件實施例i實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6
粉體制備固相法合成共沉淀法合成Hf'02+YAHf02+Y(N03)3HfCh+Y (冊》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)時間 (h)1010420
退火溫度 rc)16001600剛14001200畫
退火時間 (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率大于60％，在信息探測、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C04B35/622GK101580393SQ20091005165
公開日2009年11月18日 申請日期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, 周國紅, 王士維 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所