CN103288350B - P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+:GGG系玻璃陶瓷及其制备方法 - Google Patents

P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+:GGG系玻璃陶瓷及其制备方法 Download PDF

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P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+：GGG系玻璃陶瓷及其制备方法，涉及一种玻璃陶瓷及其制备方法，玻璃陶瓷其摩尔百分组成为P2O5：40—60，NaF：5—15， Eu3+：GGG：1—15, BaO：1—20, K2O：1—15，其制备方法，首先采用低温燃烧法制备出Eu3+：GGG粉体，然后经高温熔融法制备出P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+：GGG系统的玻璃陶瓷；本发明制备的玻璃陶瓷工艺简单，成本较低，可在批量生产，呈半透明状，具有优良的物理化学性质，适用于光纤放大器、生物医药等领域。

Description

P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+:GGG系玻璃陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种玻璃陶瓷及其制备方法，特别是涉及一种P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+：GGG系玻璃陶瓷及其制备方法。
背景技术
钆镓石榴石(Gd3Ga5O12 简写GGG)空间群为Oh(10)-Ia3d，属立方晶系，其晶格常数为12.377埃。它的分子式结构又可写成Gd3+ 3Ga3+ 2(Ga3+O2- 4)3。钆镓石榴石中Gd3+离子和稀土离子的半径比较接近，使得可以在十二面体格位中有可能掺入一定数目的作为激活离子的三价稀土离子，而且还可以在八面体格位接受额外的作为敏化离子用的三价过渡金属离子，如Cr3+、V3+、Mn3+和Fe3+,具有较高的热导率、良好的化学稳定性和机械性能，并能为激活离子提供合适的晶体场，使材料产生较高发光效率，且激光阈值比钇铝石榴石（YAG）要低，因此近年来作为发光材料和激光材料的基质已被广泛研究。
玻璃陶瓷，又称微晶玻璃, 是指同时具有晶态和非晶态特征的一类新型材料。通过热处理使基础玻璃中的晶核长大，从而形成均匀分布的微小晶体，控制微晶的尺寸可以控制玻璃陶瓷的透过率。氟磷玻璃是一种综合了氟化物玻璃和磷酸盐玻璃优点的光功能材料，其最突出的特点是玻璃成份大范围的可调性带来了其一系列光学性质的可调性，且氟化物玻璃系统具有较低的声子能量和较强的离子键性能，从而使其应用范广。
稀土离子掺杂的氟磷酸盐玻璃陶瓷，是近几年才发展起来的一类新的玻璃材料，兼具氟化物和磷酸盐玻璃的优点，稀土离子在氟化物玻璃中的掺杂浓度可以很高，并且稀土离子在氟化物玻璃中的发光范围从可见光一直延伸到中红外区域。因此从氟化物玻璃被发现以来便成为发光材料与红外光学器件等领域的研究重点。对于目前研究较多的上转换发光，氟磷酸盐玻璃光纤激光器更是具有重要地位。且由于其独特的生物相容性的优点，使得其在生物医药领域也有重要应用。因此开展对稀土离子掺杂的氟磷酸盐玻璃陶瓷的基础研究, 了解成份与性质的关系以期获得性能更好的材料是十分有意义的工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+：GGG系玻璃陶瓷及其制备方法。该玻璃陶瓷具有高激发效率、较好的化学稳定性、寿命长、高热导率等优良的物理化学性质，在远距离、高容量的光通讯及生物医药领域具有广阔的应用前景。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+：GGG系玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷的摩尔百分组成为：
P2O5：     40—60；
NaF：      5—15；
Eu3+：GGG：1—15；
BaO：      1—20；
K2O：      1—15。
P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+：GGG系玻璃陶瓷的制备方法，所述方法包括以下过程：
a. Eu3+：GGG粉体的制备:按以下的摩尔百分比的配方Ga(NO3)3：50ml（0.1mol/L），Gd(NO3)3：28.5ml（0.1mol/L）， Eu(NO3)3：1.5ml（0.1mol/L），乙二醇：3.34ml，柠檬酸：0.7686g称量（分析纯），在烧杯中充分混合，放在电炉上缓慢蒸干，得到黑褐色的Eu3+：GGG前驱体，倒入刚玉坩埚中，在电阻炉中800—1000℃保温2h，得到Eu3+：GGG粉体;
b.P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+：GGG系玻璃的熔制:按以下摩尔百分比的配方P2O5：40—60，NaF：5—15，Eu3+：GGG：1—15，BaO：1—20，K2O：1—15称量各原料，将原料混合均匀后倒入铂金坩埚中熔化，熔化温度为1300—1580℃，保温0.5—2小时，将熔化好的玻璃液倒在不锈钢模具上，然后放入马弗炉中于玻璃转变温度Tg处保温1—2小时进行退火，关闭马弗炉随炉冷却至室温后获得玻璃样品;
c.P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+：GGG系玻璃陶瓷的制备:根据得到玻璃样品的热分析实验数据，将玻璃放入电阻炉进行微晶化热处理，热处理温度为670—1300℃，保温时间为1—8小时，关闭电源随炉冷却至室温后取出，得到主晶相为 Eu3+：GGG的玻璃陶瓷样品。
本发明的优点与效果是：
本发明提供一种生产工艺简单、在实际生产中切实可行的P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+：GGG系玻璃陶瓷制备方法，该玻璃陶瓷具有高激发效率、较好的化学稳定性、寿命长、高热导率等优良的物理化学性质，从而实现其在远距离、高容量的光通讯及生物医药领域的应用。
附图说明
图1（A）为Eu：GGG粉体的X射线衍射（XRD）图；
图1（B）为P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+：GGG系统玻璃经过热处理后的玻璃陶瓷的X射线衍射（XRD）图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对发明作进一步的详细说明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实例1：将原料按照基质玻璃中各组分所占摩尔百分含量进行称量，分别为：55% P2O5，20% BaO，10% K2O, 12% NaF, 3% Eu3+（5%）：GGG，将准确称量好的30g原料均匀混合后，倒入铂金坩埚中熔化，熔化温度为1300℃，保温1小时，将熔化的玻璃液倒在不锈钢模具上，然后放入马弗炉中进行退火，退火温度为600℃，关闭电源随炉冷却至室温获得玻璃样品。将得到的玻璃样品在1000℃进行热处理，升温速率为5℃/min，保温时间为6小时，关闭电源随炉冷却至室温后，得到主晶相为Eu3+：GGG的玻璃陶瓷。
实例2：将原料按照基质玻璃中各组分所占摩尔百分含量进行称量，分别为：55% P2O5，19% BaO，9.5% K2O, 11.5% NaF, 5% Eu3+（5%）：GGG，将准确称量好的30g原料均匀混合后，倒入铂金坩埚中熔化，熔化温度为1450℃，保温0.5小时后，将熔化的玻璃液倒在不锈钢模具上，然后放入马弗炉中进行退火，退火温度为670℃，关闭电源随炉冷却至室温获得玻璃样品。将得到的玻璃样品在1100℃进行热处理，升温速率为5℃/min，保温时间为8小时，关闭电源随炉冷却至室温后，得到主晶相为Eu3+：GGG的玻璃陶瓷。
实例3：将原料按照基质玻璃中各组分所占摩尔百分含量进行称量，分别为：55% P2O5，18% BaO，9% K2O,11% NaF,7% Eu3+（5%）：GGG，将准确称量好的30g原料均匀混合后，倒入铂金坩埚中熔化，熔化温度为1480℃，保温0.5小时后，将熔化的玻璃液倒在不锈钢模具上，然后放入马弗炉中进行退火，退火温度为670℃，关闭电源随炉冷却至室温获得玻璃样品。将得到的玻璃样品在1120℃进行热处理，升温速率为5℃/min，保温时间为8小时，关闭电源随炉冷却至室温后，得到主晶相为Eu3+：GGG的玻璃陶瓷。
实例4：将原料按照基质玻璃中各组分所占摩尔百分含量进行称量，分别为：55% P2O5，17% BaO，8.5% K2O, 10.5% NaF, 9% Eu3+（5%）：GGG，将准确称量好的30g原料均匀混合后，倒入铂金坩埚中熔化，熔化温度为1530℃，保温0.5小时后，将熔化的玻璃液倒在不锈钢模具上，然后放入马弗炉中进行退火，退火温度为750℃，关闭电源随炉冷却至室温获得玻璃样品。将得到的玻璃样品在1200℃进行热处理，升温速率为5℃/min，保温时间为8小时，关闭电源随炉冷却至室温后取出，得到主晶相为Eu3+：GGG的玻璃陶瓷。
实例5：将原料按照基质玻璃中各组分所占摩尔百分含量进行称量，分别为：55%P2O5，15%BaO，8%K2O, 10%NaF, 12%Eu3+（5%）：GGG，将准确称量好的30g原料均匀混合后，倒入铂金坩埚中熔化，熔化温度为1580℃，保温0.5小时后，将熔化的玻璃液倒在不锈钢模具上，然后放入马弗炉中进行退火，退火温度为780℃，关闭电源随炉冷却至室温获得玻璃样品。将得到的玻璃样品在1300℃进行热处理，升温速率为5℃/min，保温时间为8小时，关闭电源随炉冷却至室温后取出，得到主晶相为Eu3+：GGG的玻璃陶瓷。

Claims (2)

1.P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+：GGG系玻璃陶瓷，其特征在于，所述玻璃陶瓷的摩尔百分组成为：
P2O5：     40—60；
NaF：      5—15；
Eu3+：GGG：1—15，Eu3+：GGG即为Eu3+掺杂的钆镓石榴石；
BaO：      1—20；
K2O：      1—15。
2.P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+：GGG系玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下过程：
a. Eu3+：GGG粉体的制备:按以下的摩尔百分比的配方：0.1mol/L的Ga(NO3)3：50ml，0.1mol/L 的Gd(NO3)3：28.5ml，0.1mol/L的Eu(NO3)3：1.5ml，乙二醇：3.34ml，分析纯的柠檬酸：0.7686g称量，在烧杯中充分混合，放在电炉上缓慢蒸干，得到黑褐色的Eu3+：GGG前驱体，倒入刚玉坩埚中，在电阻炉中800—1000℃保温2h，得到Eu3+：GGG粉体；
b.P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+：GGG系玻璃的熔制:按以下摩尔百分比的配方P2O5：40—60，NaF：5—15，Eu3+：GGG：1—15，BaO：1—20，K2O：1—15称量各原料，将原料混合均匀后倒入铂金坩埚中熔化，熔化温度为1300—1580℃，保温0.5—2小时，将熔化好的玻璃液倒在不锈钢模具上，然后放入马弗炉中于玻璃转变温度Tg处保温1—2小时进行退火，关闭马弗炉随炉冷却至室温后获得玻璃样品；
c.P2O5—BaO—K2O—NaF—Eu3+：GGG系玻璃陶瓷的制备:根据得到玻璃样品的热分析实验数据，将玻璃放入电阻炉进行微晶化热处理，热处理温度为670—1300℃，保温时间为1—8小时，关闭电源随炉冷却至室温后取出，得到主晶相为 Eu3+：GGG的玻璃陶瓷样品；
Eu3+：GGG即为Eu3+掺杂的钆镓石榴石。
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