專利名稱：SiO₂—NaF—EuYAG系玻璃陶瓷制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷制備方法，特別是涉及一種SiO2-NaF — Eu =YAG系玻璃陶瓷制備方法。
背景技術(shù)：
YAG,即釔鋁石榴石的簡(jiǎn)稱，分子式為Y3Al5O12，屬立方晶系，單位晶胞中含8個(gè)Y3Al5O12分子，其晶格常數(shù)為12.005 A，具有優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)，耐化學(xué)腐蝕性好，高溫?zé)岱€(wěn)定性好以及熱導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)。YAG晶體是一種非常優(yōu)秀的可摻雜稀土離子的基質(zhì)材料，因?yàn)槭袷木О煽醋魇鞘骟w、八面體和四面體的連接網(wǎng)，其中Y-O鍵的長度為2.45A，稀土離子與Y3+的半徑接近，在十二面體格位中有可能使一定數(shù)目的三價(jià)稀土離子取代Y3+，從而作為激活離子，而且稀土摻雜的YAG激光器產(chǎn)生激光振蕩的閥值低，可以連續(xù)輸出激光，因此廣泛用于光學(xué)材料。玻璃陶瓷，又稱微晶玻璃，是指同時(shí)具有晶態(tài)和非晶態(tài)特征的一類新型材料。通過熱處理使基礎(chǔ)玻璃中的晶核長大，從而形成均勻分布的微小晶體，控制微晶的尺寸可以保持玻璃陶瓷的透明性。氟化物玻璃是稀土離子摻雜較好的基質(zhì)，稀土離子激活的稀土氟化物、稀土堿金屬和稀土金屬等復(fù)合氟化物是目前研究最多的上轉(zhuǎn)換材料，因?yàn)樗鼈兙哂新曌幽芰康秃蜕限D(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)；氧化物玻璃的聲子能量高，因而上轉(zhuǎn)換效率低，但具有穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度大、制備工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用；正是氟化物玻璃和氧化物玻璃兩者的結(jié)合物，將極有可能成為激光材料的合適基體，從而氧氟化物玻璃陶瓷受到各國研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。稀土離子摻雜的氧氟化物玻璃陶瓷，是近幾年才發(fā)展起來的一類新的玻璃材料，兼具氟化物和氧化物的優(yōu)點(diǎn)，在光纖放大器領(lǐng)域有著越來越多的關(guān)注。光纖放大器技術(shù)就是在光纖的纖芯 中摻入能產(chǎn)生激光的稀土元素，通過半導(dǎo)體激光器提供的光激勵(lì)，使通過的光信號(hào)得到放大。玻璃陶瓷激光放大器與玻璃放大器相比，由于稀土離子進(jìn)入晶粒環(huán)境，可以得到光譜平坦、能量高的發(fā)射光譜，從而十分有效地實(shí)現(xiàn)增益大容量通訊信號(hào)。90年代初期成功地研制了摻鉺光纖放大器(EDFA)，打破了光纖通信傳輸距離受光纖損耗的限制，使全光通信距離延長至幾千公里，因此實(shí)現(xiàn)長距離、大容量的光通訊。目前，國內(nèi)外實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離光纖通訊的傳輸，但是，還需對(duì)信號(hào)光在傳輸過程中能量損失后，進(jìn)行放大補(bǔ)充的一種激光放大器來做進(jìn)一步的深入研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種SiO2-NaF — Eu =YAG系玻璃陶瓷制備方法。本方法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、可用于批量生產(chǎn)的SiO2-NaF—Eu:YAG系玻璃陶瓷，生產(chǎn)的玻璃陶瓷具有高激發(fā)效率、壽命長、高熱導(dǎo)率優(yōu)良，可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充光纖通訊信號(hào)在傳輸過程中的能量損失，從而實(shí)現(xiàn)長距離，高容量的光通訊。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:SiO2-NaF-Eu:YAG系玻璃陶瓷制備方法，所述方法包括以下過程:Eu:YAG粉體的制備，按以下的摩爾百分比的配方 Al(NO)3:50ml (0.lmol/L), Y(NO)3:28.5ml (0.lmol/L),Eu (NO) 3:1.5ml (0.lmol/L),乙二醇:0.89ml，檸檬酸:1.401g稱量(分析純)，在燒杯中充分混合，放在電爐上緩慢蒸干，得到黑褐色的Eu =YAG前驅(qū)體，倒入剛玉坩堝中，在電阻爐中850— 1200°C保溫2h，得到Eu:YAG粉體；按以下摩爾百分比的配方Si02:35— 55(分析純)，NaF:42—60 (分析純)，Eu:YAG:1 一 18稱量原料，將原料混合均勻后倒入鉬金坩堝中熔化，熔化溫度為1250— 1600°C，保溫0.5—2小時(shí)，將熔化好的玻璃液倒在不銹鋼模具上，然后放入馬弗爐中于玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg處保溫I一2小時(shí)進(jìn)行退火，關(guān)閉馬弗爐自然冷卻至室溫后取出；根據(jù)得到玻璃樣品的熱分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將玻璃放入電阻爐進(jìn)行微晶化熱處理，關(guān)閉電源隨爐冷卻至室溫后取出，得到主晶相為Eu =YAG的玻璃陶瓷樣品。所述的SiO2-NaF — Eu =YAG系玻璃陶瓷制備方法，所述將玻璃放入電阻爐進(jìn)行微晶化熱處理溫度為800— 1200°C，保溫時(shí)間為I一 10小時(shí)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是:
本發(fā)明采用SiO2-NaF—Eu:YAG系統(tǒng)，得到主晶相為Eu:YAG的玻璃陶瓷，生產(chǎn)成本低，工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，具有高激發(fā)效率、壽命長、高熱導(dǎo)率等優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充光纖通訊信號(hào)在傳輸過程中的能量損失，從而實(shí)現(xiàn)長距離，高容量的光通訊。


圖1為Eu =YAG粉體的X射線衍射與SiO2-NaF — Eu3+ (5%) =YAG系統(tǒng)經(jīng)過熱處理后的玻璃陶瓷的X射線衍射(XRD)比較圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1中(A)為Eu:YAG粉體的X射線衍射(XRD )圖。圖1中(B)為SiO2-NaF — Eu3+ (5%)=YAG系統(tǒng)經(jīng)過熱處理后的玻璃陶瓷的X射線衍射(XRD)圖。實(shí)例1:將原料按照基質(zhì)玻璃中各組分所占摩爾百分含量進(jìn)行稱量，分別為:40%Si02, 55%NaF, 5%Eu3+ (5%):YAG,將準(zhǔn)確稱量好的30g原料均勻混合后，倒入鉬金坩堝中熔化，熔化溫度為1320°C，保溫0.5小時(shí)后，將熔化的玻璃液倒在不銹鋼模具上，然后放入馬弗爐中進(jìn)行退火，退火溫度為650°C，將得到的玻璃進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為1010°C，升溫速率為6°C /min，保溫時(shí)間為I小時(shí)，關(guān)閉電源隨爐冷卻至室溫后取出，得到主晶相為Eu =YAG的玻璃陶瓷。實(shí)例2:將原料按照基質(zhì)玻璃中各組分所占摩爾百分含量進(jìn)行稱量，分別為:40%Si02, 53%NaF, 7%Eu3+ (5%):YAG,將準(zhǔn)確稱量好的30g原料均勻混合后，倒入鉬金坩堝中熔化，熔化溫度為1380°C，保溫0.5小時(shí)后，將熔化的玻璃液倒在不銹鋼模具上，然后放入馬弗爐中進(jìn)行退火，退火溫度為670°C，將得到的玻璃進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為1020°C，升溫速率為6°C /min，保溫時(shí)間為I小時(shí)，關(guān)閉電源隨爐冷卻至室溫后取出，得到主晶相為Eu =YAG的玻璃陶瓷。實(shí)例3:將原料按 照基質(zhì)玻璃中各組分所占摩爾百分含量進(jìn)行稱量，分別為:40%Si02, 50%NaF, 10%Eu3+ (5%):YAG,將準(zhǔn)確稱量好的30g原料均勻混合后，倒入鉬金坩堝中熔化，熔化溫度為1470°C，保溫0.5小時(shí)后，將熔化的玻璃液倒在不銹鋼模具上，然后放入馬弗爐中進(jìn)行退火，退火溫度為700°C，將得到的玻璃進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為1050°C，升溫速率為6°C /min，保溫時(shí)間為I小時(shí)，關(guān)閉電源隨爐冷卻至室溫后取出，得到主晶相為Eu:YAG的玻璃陶瓷。該系統(tǒng)得到的玻璃經(jīng)熱處理后的X射線衍射譜線(圖1 (B))，可以看出玻璃陶瓷的主晶相是Eu:YAG。實(shí)例4:將原料按照基質(zhì)玻璃中各組分所占摩爾百分含量進(jìn)行稱量，分別為:40%Si02,48%NaF, 12%Eu3+ (5%):YAG,將準(zhǔn)確稱量好的30g原料均勻混合后，倒入鉬金坩堝中熔化，熔化溫度為1520°C，保溫I小時(shí)后，將熔化的玻璃液倒在不銹鋼模具上，然后放入馬弗爐中進(jìn)行退火，退火溫度為720°C，將得到的玻璃進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為1080°C，升溫速率為6°C/min，保溫時(shí)間為I小時(shí)，關(guān)閉電源隨爐冷卻至室溫后取出，得到主晶相為Eu:YAG的玻璃陶瓷。

實(shí)例5:將原料按照基質(zhì)玻璃中各組分所占摩爾百分含量進(jìn)行稱量，分別為:40%Si02,45%NaF, 15%Eu3+ (5%):YAG,將準(zhǔn)確稱量好的30g原料均勻混合后，倒入鉬金坩堝中熔化，熔化溫度為1580°C，保溫I小時(shí)后，將熔化的玻璃液倒在不銹鋼模具上，然后放入馬弗爐中進(jìn)行退火，退火溫度為750°C，將得到的玻璃進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為1120°C，升溫速率為6°C/min，保溫時(shí)間為I小時(shí)，關(guān)閉電源隨爐冷卻至室溫后取出，得到主晶相為Eu:YAG的玻璃陶瓷。
權(quán)利要求
1.SiO2-NaF-Eu:YAG系玻璃陶瓷制備方法，其特征在于，所述方法包括以下過程:Eu:YAG粉體的制備，按以下的摩爾百分比的配方Al (NO)3:50ml (0.lmol/L), Y(NO)3:28.5ml(0.lmol/L), Eu (NO) 3:1.5ml (0.lmol/L),乙二醇:0.89ml，檸檬酸:1.401g 稱量(分析純)，在燒杯中充分混合，放在電爐上緩慢蒸干，得到黑褐色的Eu =YAG前驅(qū)體，倒入剛玉坩堝中，在電阻爐中850— 1200°C保溫2h，得到Eu:YAG粉體；按以下摩爾百分比的配方Si02:35—55 (分析純)，NaF:42—60 (分析純)，Eu:YAG:1—18稱量原料，將原料混合均勻后倒入鉬金坩堝中熔化，熔化溫度為1250— 1600°C，保溫0.5—2小時(shí)，將熔化好的玻璃液倒在不銹鋼模具上，然后放入馬弗爐中于玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg處保溫I一2小時(shí)進(jìn)行退火，關(guān)閉馬弗爐自然冷卻至室溫后取出；根據(jù)得到玻璃樣品的熱分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將玻璃放入電阻爐進(jìn)行微晶化熱處理，關(guān)閉電源隨爐冷卻至室溫后取出，得到主晶相為Eu =YAG的玻璃陶瓷樣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiO2-NaF— Eu =YAG系玻璃陶瓷制備方法，其特征在于，所述將玻璃放入電阻 爐進(jìn)行微晶化熱處理溫度為800— 1200°C，保溫時(shí)間為I一 10小時(shí)。
全文摘要
SiO2—NaF—EuYAG系玻璃陶瓷制備方法，涉及一種陶瓷制備方法，其制備方法，首先采用低溫燃燒法制備出EuYAG粉體，稀土離子含量為0.1—15%，然后經(jīng)熔融法制備出SiO2—NaF—EuYAG系統(tǒng)的玻璃陶瓷；其陶瓷摩爾百分組成為SiO235—55，NaF42—60，EuYAG1—18，本發(fā)明采用SiO2—NaF—EuYAG系統(tǒng)，得到主晶相為EuYAG的玻璃陶瓷，生產(chǎn)成本低，工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，具有高激發(fā)效率、壽命長、高熱導(dǎo)率等優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充光纖通訊信號(hào)在傳輸過程中的能量損失，從而實(shí)現(xiàn)長距離，高容量的光通訊。
文檔編號(hào)C03C10/16GK103073191SQ201210546160
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者張永明, 于磊, 馬晶, 宋國軼, 曹啟華 申請(qǐng)人:沈陽化工大學(xué)