CN102924073B - 采用热压后处理制备掺杂钇铝石榴石透明激光陶瓷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用热压后处理制备稀土离子掺杂钇铝石榴石（Re:YAG）透明激光陶瓷的方法，该方法采用氧化物粉体为原料，经球磨混合、干燥、成型、冷等静压处理得到陶瓷素坯，再经排胶、真空烧结得到Re:YAG陶瓷。Re:YAG陶瓷进一步经埋粉热压处理、退火及光学抛光后，即得到Re:YAG透明激光陶瓷。本发明的方法，具有可控性、重复性强、成本低的优点，并且采用本发明的方法制备的Re:YAG透明陶瓷，透过率高。

Description

采用热压后处理制备掺杂钇铝石榴石透明激光陶瓷的方法

技术领域

本发明属于透明陶瓷制备领域，特别涉及一种掺杂钇铝石榴石透明激光陶瓷的制备方法。

背景技术

随着现代科技、工业的发展，固体激光已经在切割、焊接、打孔、表面处理、医疗、美容、国防等领域获得了越来越广泛的应用。激光工作介质材料是固体激光器的“心脏”，其性能直接决定着固体激光器的性能和技术水平。传统的固体激光材料主要是以稀土（Re）离子掺杂钇铝石榴石（(Y_1-xRe_x)₃Al₅O₁₂，0≤x≤1，简称Re:YAG，其中最主要的是掺钕钇铝石榴石，分子式为Y_1-xNd_x)₃Al₅O₁₂，0≤x≤0.1，简称为Nd:YAG）单晶为代表的激光晶体材料和以钕玻璃（Nd:Glass）为代表的激光玻璃材料，其中单晶材料虽然具有优异的激光性能，但其生长需要昂贵的贵金属坩埚，制备周期长，制备成本高昂，难于制备大尺寸元件，激活离子掺杂浓度分布不均匀，而激光玻璃虽然制备成本低廉、能够容易地制备出大尺寸玻璃元件，但其热学、机械力学性能以及激光性能均较差，难以推广应用。因此，人们一直试图寻找一种能够同时具有单晶和玻璃材料各自优点的新型固体激光材料，陶瓷材料由于具有单晶材料相近的热学和光谱性能，更为优异的机械力学性能，同时还具有制备周期短、制备成本低廉、易制备大尺寸、异形及复合结构晶体元件的优势，成为重要发展方向之一。

现有技术中公开了一种固相反应烧结法制备Re:YAG透明陶瓷的方法，该方法是以商业市售的高纯(4N以上)超细氧化铝、氧化钇和掺杂稀土（Re）氧化物（Re可以是Nd、Ce、Pr、Sm、Ho、Er、Tm、Yb等稀土元素中的一种或几种组合）为原料，以SiO₂或正硅酸乙酯（TEOS）为烧结助剂，将氧化物原料与无水乙醇按一定比例配比后放入球磨罐中，以氧化铝球或玛瑙球为球磨介质，球磨一段时间后，经烘箱干燥、200目筛筛分后，或经喷雾干燥后，采用钢模作模具，干压成型为一定几何形状的坯体，再经冷等静压近一步压制，以提高坯体的密度和密度均匀性。再将素坯在10^-3Pa以上的真空环境下，1700～1850℃的条件下，烧结2～50h，烧结出的陶瓷体在大气环境下、1400～1550℃的温度下退火10～20h，最后经过光学抛光即可获得Re:YAG透明陶瓷。

现有技术还公开了一种利用化学共沉淀法制备Re:YAG透明陶瓷的方法。该方法是采用Y、Al及Re（Re可以是Nd、Ce、Pr、Sm、Ho、Er、Tm、Yb等稀土元素中的一种或几种组合）的可溶性金属盐，如硝酸盐、氯盐等为原料。将Y、Al及Re的可溶性金属盐溶解于去离子水溶液中，形成一定浓度的Y³⁺、Al³⁺及Re离子混合溶液，以碳酸氢氨的水溶液为沉淀剂，以(NH₄)₂SO₄为分散剂，将碳酸氢氨和硫酸氨的混合水溶液逐滴滴加到Y³⁺、Al³⁺及Re离子的混合水溶液中，用pH计监测溶液的pH值，并精确调节pH值固定在特定范围内，通过共沉淀得到Re:YAG先躯体。先躯体经过过滤、洗涤、干燥和煅烧后，即得到纳米级的Re:YAG粉体。将Re:YAG纳米粉体经过球磨、注浆成型后，在真空度优于10^-3Pa的真空环境中、1700～1800℃的温度范围内，烧结2～30h，再经大气退火和抛光后，即可制备出Re:YAG透明陶瓷。纳米级的Re:YAG粉体亦可通过干压-冷等静压成型工艺，获得Re:YAG陶瓷素坯，再经真空烧结制备出Re:YAG透明陶瓷。

还有一种真空烧结与热等静压后处理相结合制备Re:YAG透明陶瓷（Re可以是Nd、Ce、Ho、Er、Tm、Yb等稀土元素中的一种或几种组合）技术，即先真空烧结、再进行热等静压后处理制备Nd:YAG透明陶瓷制备方法。该方法是采用商业化的高纯超细Al₂O₃、Y₂O₃和掺杂稀土氧化物粉体为原料，经球磨混合后获得Re:YAG陶瓷粉体，或采用湿化学法制备出Re:YAG超细粉体，然后经干压-冷等静压成型，制备出的Re:YAG陶瓷素坯。将陶瓷素坯先在真空或大气环境中、1600～1700℃的温度下烧结一段时间，获得一定密实度的Re:YAG陶瓷后，再在热等静压炉(HIP)中，以Ar气为压力传输介质，在1650～1750℃的温度、150～200MPa的压力条件下，后处理1.5～2h，从而制备出透明Re:YAG陶瓷。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

1、现有技术一的缺点：

①该方法对市售原料的粒度、颗粒分布、形貌、烧结活性、纯度等性能依赖程度较大，工艺可重复性差，由于真空烧结过程没有外加的驱动力，陶瓷坯体内的气孔难于在真空烧结过程中被完全排除，难以制备出高光学质量透明陶瓷；②该方法采用钢模为干压成型模具，成型出的坯体易被模具污染。陶瓷坯体表面黏附的金属铁在烧结过程中，会扩散进入陶瓷体内，由于铁离子存在，会造成额外的吸收损耗，从而严重破坏Nd:YAG等激光陶瓷的激光性能。

2、现有技术二的缺点：

由于Y³⁺、Al³⁺和Re³⁺离子在相同条件下的溶解度积（Ksp值）并不相同，难于准确控制共沉淀物中三种金属离子的配比，容易造成组分偏离，控制十分复杂，随机性较大，很难制备出严格符合化学计量比的Re:YAG粉体。因此该法存在工艺复杂，控制困难，重复性差，难于实现规模化生产的缺点。且在注浆成型时，以石膏为模具，坯体容易被Ca²⁺离子污染。

3、现有技术三的缺点：

该技术需要昂贵的热等静压设备，制备成本较高。

发明内容

本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种生产成本低的掺杂钇铝石榴石透明激光陶瓷的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种采用热压后处理制备掺杂钇铝石榴石透明激光陶瓷的方法，包括以下步骤：

（1）以市售的高纯Y₂O₃、Al₂O₃和稀土氧化物粉体为原料，按化学式Y_3-xRe_xAl₅O₁₂计算各氧化物原料质量，按照计算出的质量，称量Y₂O₃、Al₂O₃和稀土（Re）氧化物粉体；其中，Re选自Nd、Ho、Er、Tm、Yb、Ce、Pr、Sm中的至少一种；当Re为Nd、Ce、Pr、Sm时，0≤x≤0.1；当Re为Ho、Er、Tm或Yb时，0≤x≤1。

（2）球磨混合

将磨球、烧结助剂及称量好的纳米氧化物粉体放入球磨罐中，进行球磨混合后得到料浆；

（3）干燥

将球磨制备出的料浆进行干燥处理；

（4）干压成型

将干燥的粉体放入模具中，采用干压法成型出Re:YAG陶瓷素坯；如果采用烘箱烘干方式，成型前，干燥粉体还需用100目以上筛网筛分。

（5）冷等静压

干压成型出的陶瓷素坯放于冷等静压机压缸中进行冷等静压处理；

（6）排胶

采用氧化性气氛下煅烧的方式去除冷等静压后的陶瓷素坯中的残留有机物；

（8）真空烧结

排胶后的陶瓷素坯，放于真空烧结炉内进行真空烧结；

（9）埋粉热压处理

烧结出的Re:YAG陶瓷块与氮化硼粉体一起装入石墨模具中，陶瓷块体之间用氮化硼（BN）粉体隔开，放于真空热压炉中，在真空环境或惰性气体保护下进行热压处理；

（10）退火

将热压处理后的Re:YAG陶瓷样品，放于大气高温炉中，进行退火处理；

（11）光学抛光

将退火后的陶瓷样品进行抛光处理后得到Re:YAG透明陶瓷。

步骤（2）中:

所述球磨罐中还添加有分散剂和有机溶剂；

所述烧结助剂选自TEOS（正硅酸乙酯）、SiO₂、MgO和LiF中的至少一种；所述烧结助剂加入量为纳米氧化物粉体总重量的0.05～1.5%；

所述分散剂为聚丙烯酸、聚乙二醇、油酸、聚甲基丙烯酸氨中的一种或几种组合；分散剂加入量为纳米氧化物粉体总重量的0.05～3%；

所述有机溶剂为无水乙醇、丙酮或乙醚中的至少一种；所述有机溶剂与纳米氧化物粉体总质量比为1～4:1；

所述球磨罐的材质尼龙、聚四氟乙烯、玛瑙或高纯Al₂O₃；所述磨球为Al₂O₃球、ZrO₂球或玛瑙球，球磨时间大于等于2h，球磨转速为300～500rpm。

步骤（3）中：

所述干燥方式可以是喷雾干燥或烘干方式，其中：喷雾干燥过程入口温度大于等于100℃，喷速为1～20ml/min；烘干过程中烘干温度大于等于75℃。

步骤（5）中：

所述模具为有机尼龙模具，所述尼龙材质为尼龙101、尼龙MCPA、尼龙66、尼龙610或尼龙1001等，所述干压成型中的成型压力为5～20MPa。

步骤（6）中：

所述冷等静压压力大于等于100MPa，保压时间长于1min。

步骤（7）中：

所述排胶气氛为空气或氧气，排胶温度为600～1200℃，排胶时间长于1h。

步骤（8）中：

所述真空烧结炉内的真空度优于10^-2Pa，烧结温度在1700℃～1850℃之间，保温时间长于1小时，升温速率为1～10℃/min，降温速率为1～10℃/min。

步骤（9）中：

所述BN粉体的纯度大于等于98%，粒径小于等于500μm；每块待处理的Re:YAG陶瓷块均被BN粉体充分包裹；所述高温真空热压处理过程为，在温度1600～1800℃、压力1-70MPa的条件下，热处理时间大于等于0.5h；所述高温真空热压炉中的真空度优于10Pa；所述惰性气体为N₂气或Ar气。

步骤（10）中：

所述退火过程为大气高温退火，退火温度为1200～1500℃，退火时间长于2h。

本发明克服了传统固相反应烧结法制备Re:YAG透明陶瓷时烧结驱动力低、对原料粉体烧结活性依赖程度大、工艺不稳定、难于制备高质量透明陶瓷等问题。同时，本发明技术方案是基于埋粉热压后处理技术，可控性、重复性强，避免了化学共沉淀法离子化学计量比难于保证，控制困难，重复性差的问题。本发明所采用的尼龙模具有效地避免了其它金属杂质离子的污染，本发明的埋粉热压后处理技术可一次热压处理多个工件，大幅度提高了烧结效率，克服了传统热压烧结一次只能烧结一个工件、效率低的问题，可以代替热等静压后处理技术，且不需要昂贵的热等静压设备，降低了成本，提高了安全性。采用本发明的技术方案，已经成功地制备出透过率为80.2%、接近于理论透过率的Re:YAG透明陶瓷。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的制备工艺流程图；

图2是本发明埋粉热压后处理Re:YAG透明陶瓷示意图；

图3是本发明实施例1提供的Nd:YAG陶瓷样品透过光谱图；

图4是本发明实施例2提供的Nd:Ce:YAG陶瓷样品的透过光谱图；

图5是本发明实施例3提供的Nd:YAG陶瓷样品的透过光谱图；

图6是本发明对比例1和实施例1提供的Nd:YAG陶瓷样品透过光谱图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，本发明实施例制备稀土离子掺杂钇铝石榴石透明激光陶瓷的工艺流程图。采用市售的高纯Y₂O₃、Al₂O₃及稀土（Re）氧化物（Re是Nd、Sm、Ho、Er、Tm、Yb、Ce、Pr等稀土元素中的至少一种）粉体为原料，按照（Y_1-xRe_x）₃Al₅O₁₂的化学计量比称量各氧化物粉体，与烧结助剂、分散剂及有机溶剂按一定的配比放入球磨罐中，球磨混合2小时以上。取出料浆经喷雾干燥或烘干、过100目以上筛网后，用尼龙模具，在5～20MPa的压力下，干压成型为一定几何形状的素坯，然后用冷等静压机在大于100MPa的压力下，保压一段时间，得到陶瓷素坯。对陶瓷素坯进行排胶处理，即将陶瓷素坯放于大气高温炉或通有氧气的管式通风炉中，在600～1200℃下，煅烧处理1h以上，除去坯体内残留的有机物。然后，将陶瓷素坯真空烧结炉中，在炉膛内气体压力（真空度）低于10^-2Pa的真空环境中，1700～1850℃的温度条件下，保温一段时间。烧结出的Re:YAG陶瓷与BN粉体一起装入石墨模具中，陶瓷元件埋入BN粉体中，在真空热压炉中，于1600～1800℃的温度、1～70MPa的压力下，热压处理0.5～5h。取出热压处理的陶瓷经大气高温退火和光学抛光处理后，即得到Re:YAG透明陶瓷。

下面结合具体的实施例对本发明进行进一步的说明：

实施例1

以市售纯度为5N的Y₂O₃、Nd₂O₃、Al₂O₃为原料，按照化学式(Y_0.98Nd_0.02)₃Al₅O₁₂配制40g掺Nd浓度为2.0at%的Nd:YAG陶瓷，计算出各氧化物原料质量分别为Y₂O₃:22.2429g、Nd₂O₃:0.6764g、Al₂O₃:17.0807g，用精密电子分析天平（精确度0.0001g）依次称量各氧化物，然后放入氧化铝球磨罐中，加入80g无水乙醇，200g直径Φ6mm的氧化铝球作为球磨介质，并加入0.32g(相当于氧化物粉体总重量0.8%)TEOS作为烧结助剂，0.4g聚丙烯酸(相当于氧化物粉体总重量1.0%)作为分散剂。

以500rpm的转速，球磨混合12h后。取出球磨混合料浆，进行喷雾干燥，入口温度为100℃，喷速为10ml/min。每次称量12g喷雾干燥后的粉体，放入尼龙材料制作的模具中，用20MPa的压力，压制成Φ40mm的圆片。将圆片用乳胶袋封装后，用冷等静压机在300MPa下保压1min。取出后，将成型的坯体在800℃的马弗炉中，大气气氛下煅烧6h，以去除残留的有机物。然后将坯体放于真空炉中，开启真空系统，抽真空至1×10^-3Pa后，以5℃/min的升温速率，升至1850℃，保温20h后，再以10℃/min的速率降至室温。

参见图2，取出真空烧结的Nd:YAG陶瓷样品，放入石墨热压模具中。在放入Nd:YAG陶瓷样品前，先在石墨模具1中放入一定量的纯度为98%、平均粒径为50μm的BN粉体2，BN粉体2厚度以1cm左右为宜，然后每放入一个陶瓷样品3后，放入1cm厚的BN粉体2，相邻陶瓷样品之间BN粉体2隔开，最后一个陶瓷样品3上面也铺有BN粉体2，使所有陶瓷样品3被BN粉体2包裹，最后盖上石墨模具2上盖。然后将石墨模具2放入真空热压炉中，用压头将模具上下两个端面顶紧，逐步施压到20MPa。封闭炉膛后，开启真空系统，抽真空至1Pa，再开启电源，以5℃/min的升温速率升至1800℃，保温1h后，以10℃/min的速率降至室温。

取出陶瓷样品，经1400℃大气退火10h，升、降温速率均为5℃/min，取出后用现有光学抛光技术进行光学抛光处理。抛光后测试3mm厚Nd:YAG陶瓷在1064nm处的透过率为80.2%，400nm处的透过率接79.3%，参见图3。

实施例2

以市售纯度为4N的Y₂O₃、Nd₂O₃、Al₂O₃、CeO₂为陶瓷，按照化学式（Y_0.989Nd_0.01Ce_0.001）₃Al₅O₁₂配制40g掺Nd浓度为1.0at%、掺Ce离子浓度为0.1at%的Nd:Ce:YAG粉体，计算出各氧化物原料质量分别为Y₂O₃:22.5040g、Nd₂O₃:0.3391g、CeO₂:0.0.347g、Al₂O₃:17.1239g，用精密电子分析天平（精确度0.0001g）依次称量各氧化物，然后放入尼龙球磨罐中，加入160g无水乙醇，200g直径Φ5mm的氧化铝球作为球磨介质，并加入0.32g(相当于氧化物粉体总重量0.8%)TEOS作为烧结助剂，0.4g油酸(相当于氧化物粉体总重量1.0%)和0.8g聚乙二醇(PEG400,相当于氧化物粉体总重量2.0%)作为分散剂。

以300rpm的转速，球磨混合24h后。取出球磨混合料浆，放于75℃的烘箱中烘干，然后研磨过100目筛。每次称量12g筛后的粉体，放入尼龙材料制作的模具中，用20MPa的压力，压制成Φ40mm的圆片。将圆片用乳胶袋封装后，用冷等静压机在200MPa下保压5min。取出后，将成型的坯体在600℃的管式通风炉中，在流动氧气氛下煅烧6h，以去除残留的有机物。然后将坯体放于真空炉中，开启真空系统，抽真空至1×10^-2Pa后，以10℃/min的升温速率，升至1700℃，保温16h后，再以10℃/min的速率降至室温。

参见图2，取出真空烧结的Nd:YAG陶瓷样品，放入石墨热压模具中。在放入Nd:YAG陶瓷样品前，先在模具中放入一定量的纯度为98%、平均粒径为50μm的BN粉体，BN粉体厚度以1cm左右为宜，然后每放入一个陶瓷样品后，放入1cm厚的BN粉体，相邻陶瓷样品之间BN粉体隔开，最后一个陶瓷样品上面也铺有BN粉体，使所有陶瓷样品被BN粉体包裹，最后盖上模具上盖。然后将石墨模具放入真空热压炉中，用压头将模具上下两个端面顶紧，逐步施压到20MPa。封闭炉膛后，开启真空系统，抽真空至1Pa，再开启电源，以5℃/min的升温速率升至1800℃，保温1h后，以10℃/min的速率降至室温。

取出陶瓷样品，经1500℃大气退火2h，升、降温速率均为5℃/min，取出后用现有抛光技术进行抛光处理。抛光后测试Nd:YAG陶瓷在1064nm处的透过率为75.6%，400nm处的透过率接近62.1%，参见图4。

实施例3

以市售纯度为4N的Y₂O₃、Nd₂O₃、Al₂O₃为原料，按照化学式(Y_0.96Nd_0.04)₃Al₅O₁₂配制40g掺Nd浓度为4.0at%的Nd:YAG陶瓷粉体，计算出各氧化物原料质量分别为Y₂O₃:21.6684g、Nd₂O₃:1.3453g、Al₂O₃:16.9862g，用精密电子分析天平（精确度0.0001g）依次称量各氧化物，然后放入玛瑙球磨罐中，加入40g无水乙醇，200g直径Φ6mm的玛瑙球作为球磨介质，并加入0.2g(相当于氧化物粉体总重量0.5%)TEOS和0.04gMgO(相当于氧化物粉体总重量0.1%)作为烧结助剂，0.4g聚甲基丙烯酸铵(相当于氧化物粉体总重量1.0%)作为分散剂。

以400rpm的转速，球磨混合20h后。取出球磨混合料浆，进行喷雾干燥，入口温度200℃，喷速为20ml/min。每次称量10g喷雾干燥后的粉体，放入尼龙材料制作的模具中，用20MPa的压力，压制成Φ40mm的圆片。将圆片用乳胶袋封装后，用冷等静压机在100MPa下保压10min。取出后，将成型的坯体在1200℃的马弗炉中，大气气氛下煅烧2h，以去除残留的有机物。然后将坯体放于真空炉中，开启真空系统，抽真空至1×10^-2Pa后，以1℃/min的升温速率，升至1800℃，保温20h后，再以1℃/min的速率降至室温。

参见图2，取出真空烧结的Nd:YAG陶瓷样品，放入石墨热压模具中。在放入Nd:YAG陶瓷样品前，先在模具中放入一定量的纯度为98%、粒径小于等于500μm的BN粉体，BN粉体厚度以1cm左右为宜，然后每放入一个陶瓷样品后，放入1cm厚的BN粉体，相邻陶瓷样品之间BN粉体隔开，最后一个陶瓷样品上面也铺有BN粉体，使所有陶瓷样品被BN粉体包裹，最后盖上模具上盖。然后将石墨模具放入真空热压炉中，用压头将模具上下两个端面顶紧，逐步施压到20MPa。封闭炉膛后，开启真空系统，抽真空至10Pa，再开启电源，以5℃/min的升温速率升至1600℃，保温5h后，以10℃/min的速率降至室温。

取出陶瓷样品，经1200℃大气退火24h，升、降温速率均为5℃/min，取出后用现有光学抛光技术进行光学抛光处理。抛光后测试Nd:YAG陶瓷在1064nm处的透过率为75.4%，400nm处的透过率为70%，参见图5。

其它实施例

本发明其它实施例（实施例4～14）的化学组成、所用烧结助剂及分散剂、球磨工艺、干燥工艺、成型工艺、排胶、烧结工艺、热压处理工艺、退火工艺条件及工艺参数列于表1中，其它制备方法、制备过程与实施例1～3相同。

各实施例所得Re:YAG透明陶瓷均具有较高的透过率，在可见光区透过率均大于70%。

表1.本发明的其它实施例

对比例1

以市售纯度为5N的Y₂O₃、Nd₂O₃、Al₂O₃为原料，掺Nd浓度为2.0at%的Nd:YAG陶瓷粉体，所用原材料及球磨、干燥、干压成型、冷等静压压制、排胶、真空烧结、大气退火等工艺过程和工艺参数与实施例1完全相同，只是不进行热压处理过程，即真空烧结后直接进行大气退火，光学抛光后测得对比例制备的Nd:YAG陶瓷在1064nm处的透过率为50%。

图6是对比例1（未进行热压处理）和实施例1制备的Nd:YAG陶瓷在400～1500nm波段透过光谱，下方光谱为对比例1所得样品的透过光谱，上方光谱为实施例1的波段。其中未经热压后处理的Nd:YAG陶瓷（对比例1）在1064nm处的透过率为49.3%，400nm处的透过率为41.5%，而经过埋粉热压后处理的Nd:YAG陶瓷（实施例1）在的1064nm处透过率达80.3%，400nm处的透过率也达78%，较埋粉热压处理前有了大幅度提升，可见本发明通过将真空Re:YAG陶瓷样品进一步进行埋粉热压后处理，可显著提高陶瓷的透过率，有利于制备高透光率透明Re:YAG陶瓷。

同时，现有技术中的机械热压烧结方法，均是将原料粉体直接放入模具，在压力下进行烧结，一次只能烧结一个工件，不能将烧结后的工件再进行热压处理，否则会将工件压碎，且由于烧结过程中外加驱动力过大，不适宜用于制备激光级透明陶瓷。本发明通过将真空烧结过的Re:YAG陶瓷样品埋入高温下不与YAG晶体发生反应的BN粉体，所埋的BN粉体在对陶瓷体施压时可以起到良好的缓冲和填充作用，使得经高温真空烧结后的陶瓷样品，在热压处理过程中，不会被压碎，从而形成真空烧结-热压后处理相结合的透明陶瓷烧结工艺，更有利于排除陶瓷体内残留气孔，获得高透光率的透明陶瓷。同时，本发明工艺可一次处理多个元件，大副度提高了机械热压后处理的工作效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种采用热压后处理制备掺杂钇铝石榴石透明激光陶瓷的方法，其特征在于，包括以 

下步骤： 

（1）配料及称量 

按化学式(Y_1-xRe_x)₃Al₅O₁₂计算各氧化物原料质量，按照计算出的质量，称量Y₂O₃、Al₂O₃和稀土纳米氧化物粉体；其中，稀土元素（Re）选自Nd、Ce、Pr、Sm、Ho、Er、Tm、Yb中的至少一种，当Re为Nd、Ce、Pr、Sm时，0≤x≤0.1；当Re为Ho、Er、Tm或Yb时，0≤x≤1； 

（2）球磨混合 

将磨球、烧结助剂及称量好的纳米氧化物粉体放入球磨罐中，进行球磨混合后得到料浆； 

（3）干燥 

取出料浆进行干燥处理后得到陶瓷粉体； 

（4）干压成型 

将粉体放入模具中，采用干压法成型出Re:YAG陶瓷素坯； 

（5）冷等静压 

干压成型出的陶瓷素坯放于冷等静压机压缸中进行冷等静压处理； 

（6）排胶 

采用氧化性气氛下煅烧的方式去除冷等静压后的陶瓷素坯中的残留有机物； 

（7）真空烧结 

排胶后的陶瓷素坯，放于真空烧结炉内进行真空烧结； 

（8）埋粉热压处理 

烧结出的Re:YAG陶瓷块体与氮化硼粉体一起装入石墨模具中，陶瓷块体之间用BN粉体隔开，每块陶瓷块均被氮化硼粉体充分包裹，放于真空热压炉中，在真空环境或惰性气体保护下，在温度1600～1800℃、压力1～70MPa的条件下进行热压处理； 

所述热压处理的时间大于等于0.5h；所述真空热压炉中的真空度优于10Pa；所述惰性气体为N₂气或Ar气； 

所述氮化硼粉体的纯度大于等于98%；所述氮化硼粉体粒径小于等于500μm； 

（9）退火 

将热压处理后的Re:YAG陶瓷样品，放于大气高温炉中，进行退火处理； 

（10）光学抛光 

将退火后的陶瓷样品进行光学抛光处理后得到Re:YAG透明陶瓷。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中： 

所述球磨罐中还添加有分散剂和有机溶剂； 

所述烧结助剂选自正硅酸乙酯、SiO₂、MgO和LiF中的至少一种；所述烧结助剂加入量为纳米氧化物粉体总重量的0.05～1.5%； 

所述分散剂为聚丙烯酸、聚乙二醇、油酸和聚甲基丙烯酸氨中的一种或几种组合；所述分散剂加入量为纳米氧化物粉体总重量的0.05～3%； 

所述有机溶剂为无水乙醇、丙酮和乙醚中的一种或两种组合；所述有机溶剂与纳米氧化物粉体总质量比为1～4:1； 

所述球磨罐的材质为尼龙、聚四氟乙烯、玛瑙、聚氨酯或Al₂O₃陶瓷；所述磨球为直径大于3mm的Al₂O₃球、ZrO₂球或玛瑙球，球磨时间大于等于2h，球磨机转速大于等于300rpm。 

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述干燥处理是采用喷雾干燥或烘干的方式； 

①所述喷雾干燥过程中：入口温度大于等于100℃，喷速为1～20ml/min； 

②所述烘干过程中：烘干温度为：大于等于75℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 

所述步骤（4）中，所述模具为有机尼龙模具，所述干压成型中的成型压力为5～20MPa。 

5.根据权利要求1所述的掺杂钇铝石榴石透明陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，冷等静压压力大于等于100MPa，保压时间长于1min。 

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（6）中，所述排胶气氛为空气或氧气，排胶温度为600～1200℃，排胶时间长于1h。 

7.根据权利要求1所述的掺杂钇铝石榴石透明陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤（7）中，所述真空烧结炉内的真空度优于10^-2Pa，在温度1700℃～1850℃下，保温1小时以上，所述真空烧结炉内升温速率为1～10℃/min，降温速率为1～10℃/min。 

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（9）中，所述退火温度为1200～1500℃，退火时间长于2h。 

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