CN103113097A - 一种铕、镝离子共掺杂的铝酸锶透明陶瓷的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种铕、镝离子共掺杂的铝酸锶透明陶瓷的合成方法，将Al₂O₃、SrO、Eu₂O₃、Dy₂O₃按一定比例分别溶于硝酸，将所得的各硝酸盐溶液混合作为母液，以碳酸氢铵的水溶液作为沉淀剂缓慢滴入母液，抽滤得沉淀，所得沉淀进行洗涤、烘干、氢气气氛煅烧，得到SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺粉体；将所得粉体压制成型得到陶瓷素坯，再于氢气气氛下进行无压烧结，得到SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺透明陶瓷。该种方法操作简单、成本低，产品产量高、适于工业化生产。

Description

一种铕、镝离子共掺杂的铝酸锶透明陶瓷的合成方法

技术领域

本发明涉及一种铕、镝离子共掺杂的铝酸锶透明陶瓷的合成方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

透明陶瓷的问世，为陶瓷材料开辟了新的应用领域，这种材料不仅具有较好的透明性、耐腐蚀性、热稳定性，还有许多其他材料无可比拟的性质，如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等。1957年，R.L.Coble成功制备了透明氧化铝陶瓷“Lucalox”标志着人造透明陶瓷的诞生。近年来，美国、日本、英国等国家对透明陶瓷材料作了大量的研究工作，目前已经研制出几十种透明陶瓷，包括Al₂O₃、Y₂O₃、MgO、CaO、ThO₂、ZrO₂等氧化物透明陶瓷，以及AlN、ZnS、ZnSe、MgF₂、CaF₂等非氧化物透明陶瓷，广范应用于红外窗口材料，透明技术，光学，激光器等领域。

长余辉发光材料是一类光照时能吸收和储存激发能，停止激发后能把储存的能量以可见光的形式逐渐！持续地发射出来，时间可达几小时甚至几十小时，是一种蓄光型发光材料。该材料除作为夜光标志材料外，还可用于交通、建筑、化工、矿山和家用电器等作为无源显示及低度照明材料，特别是随着光电技术的发展，该材料又开始涉足于光电信息转换和二维图像存储等高技术领域表现出广阔的应用前景。目前长余辉材料主要包括硫化物、氟卤化物、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐、硅酸盐等体系，其中铝酸盐长余辉材料是研究和应用最为广泛的一种，它具有发光效率高，余辉时间长，没有放射性危害等优点，目前报道的铝酸盐长余辉材料，主要有稀土Eu²⁺单激活或稀土Eu²⁺，Dy³⁺共激活的CaAl₂O₄、SrAl₂O₄、Sr₄Al₁₄O₂₅、SrAl₄O₇、BaAl₂O₄等材料，其发射光的波长在黄绿——青紫波段，余辉时间在2000min左右。

通过技术手段延长长余辉材料的余辉发光时间已经十分困难，这主要因为材料内部总会有大量的缺陷存在，如气泡、晶界等，这些缺陷束缚了被激发的部分电子使它们无法返回基态产生发光现象，这些缺陷还有可能与电子发生相互作用，使能量并不以光能的形式释放，因此提高材料的余辉性能，尽量减少材料的内部缺陷是一个非常重要的手段。采用透明陶瓷的制备方式来制备余辉材料无疑是一种较好的解决方法，同时，此种方法制备出的SrAl₂O₄:Eu，Dy透明陶瓷兼具长余辉和透明陶瓷的双方优势，是一种完美的结合体，将在光电领域发挥更加重要的作用。

申请号为201110002463.8的发明专利提出了一种用于高亮度白光二极管的透明陶瓷及其制备方法，其化学式(Y_3-x-y-zCe_xLi_yR_z)(Al_5-nMn)O₁₂，其中R可为La、Pr、Sm、Gd、Tb和Dy中至少一种，M为Sc、Ti、V、Cr和Mn中的至少一种，x、y、z和n的取值范围分别是0.003≤≤x≤0.06，0.003≤y≤0.06，0≤z≤0.75，0≤n≤0.75，采用固相球磨法或湿化学法制备的原料粉体经过成型、冷等静压和真空烧结，可获得晶粒细小尺寸均匀，气孔率极低的透明陶瓷；申请号为201110154167.X的发明专利涉及一种可用于中红外2μm波段发光的掺Ho³⁺氧化镧钇透明陶瓷及其制备方法，其特征在于采用国产高纯Ho₂O₃、La₂O₃和Y₂O₃纳米粉为原料，采用传统陶瓷制备工艺，制定合适的烧结制度，最后在较低温度条件下，采用固相烧结法制备掺Ho³⁺氧化镧钇透明陶瓷材料。

本发明与上述报道不同，主要针对我国长余辉材料的研究现状，提出了一种铕、镝共掺杂的铝酸锶透明陶瓷的制备新技术。该种方法操作简单、成本低，产品产量高、适于工业化生产。

发明内容

本发明主要涉及一种铕、镝离子共掺杂的铝酸锶透明陶瓷的合成方法，具体发明内容如下：

1)SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺发光粉体的制备：按摩尔比Al₂O₃∶SrO∶Eu₂O₃∶Dy₂O₃＝1∶1∶0.01～0.1∶0.01～0.1称取上述固体粉末，分别溶于3mol/L硝酸，将所得的各硝酸盐溶液混合作为母液，以浓度为10～15mol/L的碳酸氢铵水溶液，将沉淀剂缓慢滴入母液中并保持滴定速率小于2mL/min，滴定终点的pH值控制在8～9，滴定结束后继续搅拌0.5～1h后抽滤，将得到的沉淀用蒸馏水漂洗3～5次，无水乙醇洗涤1～2次，于100～150℃烘干5～10h，最后置于流动氢气氛中进行煅烧，氢气流量控制为0.5～1L/min，升温速率为10℃/min，煅烧温度为1300～1400℃，煅烧温度保温时间为1～2h，得到SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺粉体；

2)SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺透明陶瓷的制备：将上述获得的SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺粉体作为制备透明陶瓷的起始粉体进行湿法球磨，球磨时的研磨介质球为氧化铝球，料∶球∶水的质量比＝1∶3∶1，按SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺粉体的1～5wt％引入聚乙烯醇作为助磨剂，球磨时间为10～20h，于100～150℃烘干12～24h，在40MPa的压力下干压成型为Φ15mm×(10～20)mm的素坯，然后经150～250MPa冷等静压成型后获得SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺陶瓷素坯，将等静压成型后的样品置于流动氢气氛中进行无压烧结，氢气流量控制为0.5～1L/min，升温速率为10℃/min，烧结温度为1600～1800℃，烧结温度保温时间为2～5h，得到SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺透明陶瓷。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，本发明不受这些制造实例所限。

实例1

1)SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺发光粉体的制备：按摩尔比Al₂O₃∶SrO∶Eu₂O₃∶Dy₂O₃＝1∶1∶0.01∶0.03称取上述固体粉末，分别溶于3mol/L硝酸，将所得的各硝酸盐溶液混合作为母液，以浓度为13mol/L的碳酸氢铵水溶液，将沉淀剂缓慢滴入母液中并保持滴定速率小于2mL/min，滴定终点的pH值控制在9，滴定结束后继续搅拌1h后抽滤，将得到的沉淀用蒸馏水漂洗3次，无水乙醇洗涤1次，于110℃烘干10h，最后置于流动氢气氛中进行煅烧，氢气流量控制为1L/min，升温速率为10℃/min，煅烧温度为1300℃，保温时间为2h，得到SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺粉体；

2)SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺透明陶瓷的制备：将上述获得的SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺粉体作为制备透明陶瓷的起始粉体进行湿法球磨，球磨时的料∶球∶水的质量比＝1∶3∶1，按SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺粉体的4wt％引入聚乙烯醇作为助磨剂，球磨时间为12h，于100℃烘干14h，在40MPa的压力下干压成型为Φ15mm×10mm的素坯，然后经200MPa冷等静压成型后获得SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺陶瓷素坯，将等静压成型后的样品置于流动氢气氛中进行无压烧结，氢气流量控制为1L/min，升温速率为10℃/min，烧结温度为1650℃，保温时间为4h，得到SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺透明陶瓷。

实例2

1)SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺发光粉体的制备：按摩尔比Al₂O₃∶SrO∶Eu₂O₃∶Dy₂O₃＝1∶1∶0.05∶0.05称取上述固体粉末，分别溶于3mol/L硝酸，将所得的各硝酸盐溶液混合作为母液，以浓度为15mol/L的碳酸氢铵水溶液，将沉淀剂缓慢滴入母液中并保持滴定速率小于2mL/min，滴定终点的pH值控制在8，滴定结束后继续搅拌1h后抽滤，将得到的沉淀用蒸馏水漂洗5次，无水乙醇洗涤2次，于150℃烘干5h，最后置于流动氢气氛中进行煅烧，氢气流量控制为0.5L/min，升温速率为10℃/min，煅烧温度为1350℃，保温时间为2h，得到SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺粉体；

2)SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺透明陶瓷的制备：将上述获得的SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺粉体作为制备透明陶瓷的起始粉体进行湿法球磨，球磨时的料∶球∶水的质量比＝1∶3∶1，按SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺粉体的5wt％引入聚乙烯醇作为助磨剂，球磨时间为15h，于100℃烘干16h，在40MPa的压力下干压成型为Φ15mm×15mm的素坯，然后经200MPa冷等静压成型后获得SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺陶瓷素坯，将等静压成型后的样品置于流动氢气氛中进行无压烧结，氢气流量控制为0.5L/min，升温速率为10℃/min，烧结温度为1700℃，保温时间为3h，得到SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺透明陶瓷。

Claims (5)

1.一种铕、镝离子共掺杂的铝酸锶透明陶瓷的合成方法，其特征在于其工艺步骤为：

1)SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺发光粉体的制备：按摩尔比Al₂O₃∶SrO∶Eu₂O₃∶Dy₂O₃＝1∶1∶0.01～0.1∶0.01～0.1称取上述固体粉末，分别溶于3mol/L硝酸，将所得的各硝酸盐溶液混合作为母液，将沉淀剂缓慢滴入母液中并保持滴定速率小于2mL/min，滴定终点的pH值控制在8～9，滴定结束后继续搅拌0.5～1h后抽滤，将得到的沉淀用蒸馏水漂洗3～5次，无水乙醇洗涤1～2次，于100～150℃烘干5～10h，最后置于流动氢气氛中进行煅烧，得到SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺粉体。

2)SrAl₂O₄:Eu2⁺，Dy³⁺透明陶瓷的制备：将上述获得的SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺粉体作为制备透明陶瓷的起始粉体进行湿法球磨，于100～150℃烘干12～24h，在40MPa的压力下干压成型为Φ15mm×(10～20)mm的素坯，然后经150～250MPa冷等静压成型后获得SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺陶瓷素坯，将等静压成型后的样品置于流动氢气氛中进行无压烧结，得到SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺透明陶瓷。

2.如权利要求1所述一种铕、镝离子共掺杂的铝酸锶透明陶瓷的合成方法，所用沉淀剂为10～15mol/L的碳酸氢铵水溶液。，

3.如权利要求1所述一种铕、镝离子共掺杂的铝酸锶透明陶瓷的合成方法，SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺粉体煅烧时，氢气流量控制为0.5～1L/min，升温速率为10℃/min，煅烧温度为1300～1400℃，煅烧温度保温时间为1～2h。

4.如权利要求1所述一种铕、镝离子共掺杂的铝酸锶透明陶瓷的合成方法，粉体湿法球磨时，以氧化铝球为研磨介质球，料∶球∶水的质量比＝1∶3∶1，同时按SrAl₂O₄:Eu2⁺，Dy³⁺粉体的1～5wt％引入聚乙烯醇作为助磨剂，球磨时间为10～20h。

5.如权利要求1所述一种铕、镝离子共掺杂的铝酸锶透明陶瓷的合成方法，SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺透明陶瓷烧结时，氢气流量控制为0.5～1L/min，升温速率为10℃/min，烧结温度为1600～1800℃，烧结温度保温时间为2～5h。