CN103601484B - 一种镥铝石榴石基透明陶瓷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镥铝石榴石基透明陶瓷的制备方法，具体地，所述方法包括以下步骤：(a)制备前驱粉体；(b)将前驱粉体喷涂至金属载体片的表面形成层片状的喷涂层；(c)将喷涂层从金属载体片的表面分离，研磨，得到粉体；(d)对步骤(c)得到的粉体进行成型处理，得到素坯；(e)对所获得的素坯进行烧结后，进行热等静压处理，得到陶瓷片；(f)将步骤(e)获得的陶瓷片进行退火处理，得到镥铝石榴石基透明陶瓷。本发明的制备方法，工艺简单易行，成本低廉，商业化前景广阔。并且制得的透明陶瓷具有优异的光学性能。
Description
技术领域
本发明涉及稀土透明陶瓷技术领域，尤其涉及一种镥铝石榴石基透明陶瓷的制备方法。
背景技术
近年来，随着新型数字医疗影像技术的发展，人们对于应用在X-CT的关键材料——闪烁材料的研究越来越广泛而深入，并且出于人性化的考虑，对闪烁材料的性能提出了越来越高的要求，尽可能降低材料的辐照强度和检测时间以减少人体对各种射线的吸收就要求闪烁材料具备良好的透明性、较高的密度、短的衰减时间、短的余辉和优良的物理化学稳定性。闪烁陶瓷相比于闪烁单晶具有容易实现激活离子的掺杂、制备工艺简单、成本低廉（可以在大大低于材料熔点的温度下完成材料的高致密化）、工艺周期短（远低于提拉晶体所需时间）以及易于制备大尺寸样品和陶瓷本身具有良好的机械加工性能等优点，已成为X-CT用闪烁材料的首选对象。
然而，全世界范围内仅有三种闪烁陶瓷成功应用于X-CT并实现商业化，1988年世界上第一块闪烁透明陶瓷YGO（(Y,Gd)2O3:Eu,Pr）由美国GE公司制造；1998年，德国西门子、日本日立等公司相继开发了GOS（Gd2O2S:Pr,Ce,F）闪烁陶瓷应用于CT探测器；2008年，美国GE公司经过7年的努力开发出了(Lu,Tb)3Al5O12:Ce闪烁陶瓷使得其最新X-CT产品Discovery CT750HD成功推出。
目前，基于镥铝基石榴石的优点，比如高的有效原子序数和高密度可以有效提高该材料的X射线阻止能力；石榴石各向同性的立方结构，可以有效避免对入射光的散射和双折射等，引起了人们广泛的关注，以其作为基质通过稀土离子等的掺杂考虑其在闪烁探测、上转换发光、固态激光等领域具有潜在的应用价值。。中国专利CN1837142A提出了一种结构式为RExLu3-xAl5O12的镥铝石榴石基透明陶瓷通过真空或氢气气氛或热压烧结的制备方法，结构式中RE为发光离子，x值在0～0.15之间；中国专利CN101514100A提出了一种石榴石结构的闪烁透明陶瓷及其通过真空烧结或真空与空气结合烧结或氢气烧结或热压烧结的一种或几种组合的制备方法，其结构式为3mR,3nR’：(A1-m-n-xA’x)3(ByC1-y)5O12，0≤m≤0.1，0≤n≤0.1，0≤x<1,0≤y≤0.4；中国专利CN102850047A提出了基于掺杂的镥铝石榴石(LuAG)或其他镥铝氧化物的透明陶瓷闪烁体的真空烧结制造方法。但是除了美国GE公司成功开发出(Lu,Tb)3Al5O12:Ce闪烁陶瓷成功商业化外，没有其它成功商业化的报道，因此本领域尚需通过优化制备工艺来加速镥铝石榴石基透明陶瓷的产业化进程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺相对简单的镥铝石榴石基透明陶瓷的制备方法，该方法制备的镥铝石榴石基透明陶瓷具有优异的光学性能。
本发明第一方面提供了一种镥铝石榴石基透明陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(a)提供一种前驱粉体，所述的前驱粉体包含元素A、元素B、元素C、元素D、元素E，其中
元素A选自：Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Dy、Ho、Er、Tm、Ti、Cr或Mn；
元素B选自：Y、La、Gd、Tb或Yb；
元素C选自：Lu；
元素D选自：Ga或Sc；
元素E选自：Al；
A、B、C、D、E的摩尔比为x：(1-y)×(m-x)：y×(m-x)：(1-z)×(8-m)：z×(8-m)，
其中，x为0.00005-0.1；y为0.1-1；z为0-1；m为2.5-3.5；
(b)将所述前驱粉体喷涂至金属载体片的表面，形成层片状的喷涂层；
(c)将所得的喷涂层从金属载体片的表面分离，研磨，得到粉体；
(d)对步骤(c)得到的粉体进行成型处理，得到素坯；
(e)对所获得的素坯进行烧结后，进行热等静压处理，得到陶瓷片；
(f)将步骤(e)获得的陶瓷片进行退火处理，得到镥铝石榴石基透明陶瓷。
在另一优选例中，A选自：Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Dy、Ho、Er或Tm，B选自：Gd、Y、Tb或Yb。
在另一优选例中，x为0.001-0.02。
在另一优选例中，所述的前驱粉体是通过共沉淀法或球磨法制备的。
在另一优选例中，所述的共沉淀法包括以下步骤：
(1)将A的氧化物、B的氧化物、C的氧化物、D的氧化物和E的硝酸盐或硫酸盐溶于浓硝酸中，得一混合溶液，所述A、B、C、D、E及其配比如权利要求1所述；
(2)将步骤(1)获得的混合溶液滴入氨水中，得悬浊液，其pH值为9-10；
(3)再向步骤(2)获得的悬浊液中通入CO2，调节悬浊液的pH为7-8（较佳地为7.5）；
(4)对步骤(3)获得的悬浊液进行抽虑，并干燥、研磨，得到前驱粉体。
在另一优选例中，步骤(2)中，混合液滴入氨水的速度为2-4ml/min，优选为3ml/min。
在另一优选例中，所述的球磨法包括以下步骤：
(1)在球磨罐内加入A的氧化物、B的氧化物、C的氧化物、D的氧化物、E的氧化物及介质进行球磨混料，得到浆料，其中，所述A、B、C、D、E及其配比如权利要求1所述，所述介质选自水、乙醇、丙酮、甘油或其组合；
(2)对步骤(1)获得的浆料进行干燥得到前驱粉体。
在另一优选例中，步骤(b)中，所述前驱粉体的喷涂速度为600m/s～800m/s。
在另一优选例中，步骤(b)中，所述前驱粉体通过热喷涂设备熔融后喷涂至金属载体片的表面，热喷涂设备中使用的燃料气体压力为0.02～0.5Mpa，氧气压力为0.2～0.8Mpa。
在另一优选例中，喷涂方式包括火焰喷涂、电弧喷涂、等离子体喷涂、激光喷涂、冷喷涂、电热爆炸喷涂。
在另一优选例中，所述燃料气体包括乙炔、氢气、液化石油气、丙烷。
在另一优选例中，步骤(b)中，层片状的喷涂层的厚度为30～1000um，更优选为200～600um。
在另一优选例中，步骤(c)中，经研磨后所得粉体的粒度为0.05um～1um。
在另一优选例中，步骤(d)中，对步骤(c)研磨后的粉体进行粉体干压成型、注浆成型或凝胶注模成型，后进行冷等静压处理，得到素坯。
在另一优选例中，冷等静压处理的压力为100～300Mpa（优选为300Mpa），冷等静压处理的保压时间≤1min。
在另一优选例中，所述步骤(e)的烧结方法包括以下步骤：
(a)在含有氧气的气氛下进行常压烧结，得到相对密度为96-98％的陶瓷片；
(b)对步骤(a)获得的陶瓷片进行热等静压处理，得到相对密度大于99％的陶瓷片。
在另一优选例中，步骤(a)中的烧结温度为1200℃～1800℃，优选为1250℃～1650℃。
在另一优选例中，在含有氧气的气氛下进行常压烧结包括逐步升温和保温的步骤，升温速率为3～10℃/min，保温时间为1～5小时。
在另一优选例中，在含有氧气的气氛下进行常压烧结包括以下步骤：
(1)以5～15℃/min（优选10℃/min）在空气中升温至1250℃～1450℃后（优选为1250℃），在纯度为99.99％以上的氧气中保温1～5小时（优选为2小时）；
(2)在纯度为99.99％以上的氧气中以1～5℃/min（优选3℃/min）升温至1600～1700℃后（优选为1650℃），保温1～2小时；
(3)以3～10℃/min（优选5℃/min）降温至1000℃并结束通氧气。
在另一优选例中，纯度为99.99％以上的氧气的通入速率为200～500ml/min（优选为300ml/min）。
在另一优选例中，所述的热等静压处理包括以下步骤：
(1)将步骤(a)获得的陶瓷片以5～15℃/min（优选10℃/min）升温至1500℃～1600℃（优选为1550℃）；
(2)在100～300MPa（优选200MPa）压力下保温4～6小时；
(3)自然降至室温，得到相对密度大于99％的陶瓷片。
在另一优选例中，步骤(1)中，热等静压处理在氩气气氛下进行。
在另一优选例中，所述步骤(f)的退火时间在50小时以上，退火温度为1000℃～1200℃。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
图1为实施例1制备得到的透明陶瓷实物图；
图2为实施例1制备得到的透明陶瓷的XRD图谱；
图3为实施例1制备得到的透明陶瓷的热腐蚀表面SEM；
图4为实施例1制备得到的透明陶瓷的荧光发射谱；
图5为实施例1制备得到的透明陶瓷的透过率曲线。
具体实施方式
发明人经过广泛深入的研究，意外发现将本发明的原料通过共沉淀法或球磨法制得前驱粉体后，再经过热喷涂工艺、氧气氛烧结工艺、热等静压工艺处理后，可得到致密透明的镥铝石榴石基陶瓷，并且通过控制热喷涂工艺中的喷涂速率和喷涂层的厚度，以及通过控制氧气氛烧结工艺中的烧结温度、升温速率、保温时间、气氛流量和压力等工艺参数，可以制得光学性能优异的镥铝石榴石基透明陶瓷。在此基础上完成了本发明。
镥铝石榴石基透明陶瓷的制备方法
本发明的镥铝石榴石基透明陶瓷是以A的氧化物、B的氧化物、C的氧化物和D的氧化物，以及E的硝酸盐或氧化物为原料，通过共沉淀法或球磨法制备得到前驱粉体后，再将前驱粉体依次经过热喷涂工艺、成型工艺、烧结工艺、热等静压工艺以及退火工艺处理后，制得本发明的镥铝石榴石基透明陶瓷。
其中A为选自下组的元素：Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Dy、Ho、Er、Tm、Ti、Cr或Mn；B为选自下组的元素：Y、La、Gd、Tb或Yb；C为Lu元素：D为Ga或Sc元素：E为Al元素。原料中各元素的摩尔比满足以下通式：x：(1-y)×(m-x)：y×(m-x)：(1-z)×(8-m)：z×(8-m)，其中，x为0.00005-0.1（较佳地为0.001-0.02）；y为0.1-1；z为0-1；m为2.5-3.5。
本发明的前驱粉体可通过共沉淀法或球磨法制备得到。共沉淀法和球磨法可采用本领域已知的常规步骤进行，本发明一类优选的共沉淀法主要包括以下步骤：
(1)将A的氧化物、B的氧化物、C的氧化物、D的氧化物和E的硝酸盐或硫酸盐按照上述的配比溶于浓硝酸中，得到混合溶液；
(2)将步骤(1)获得的混合溶液滴加到氨水中，滴加速度控制在2-4ml/min（优选为3ml/min），滴定完毕后得悬浊液，该溶液的pH值为9-10；
(3)向步骤(2)获得的悬浊液中通入CO2，调节悬浊液的pH为7-8（较佳地为7.5）；
(4)将步骤(3)获得的悬浊液进行抽虑，并干燥、研磨，得到前驱粉体。
本发明一类优选的球磨法主要包括以下步骤：
(1)在球磨罐内加入A的氧化物、B的氧化物、C的氧化物、D的氧化物、E的氧化物及介质进行球磨混料，得到浆料，其中，所述A、B、C、D、E及其配比如上所述，所述介质选自水、乙醇、丙酮、甘油或其组合；
(2)对步骤(1)获得的浆料进行干燥得到前驱粉体。
本发明的热喷涂工艺是将制得的前驱粉体使用热喷涂设备将前驱粉体熔融并高速喷涂至表面抛光的金属载体片表面，形成层片状的喷涂层，然后将喷涂层从载体片上剥离、研磨成粉体，该粉体粒度分布在0.05um～1um之间，并且具有石榴石单相。
热喷涂工艺所使用的燃料气体包括但不限于:乙炔、氢气、液化石油气、丙烷。氧气压力优选为0.2～0.8MPa，燃料气体压力优选为0.02～0.5MPa；采用的喷涂方式包括但不限于:火焰喷涂、电弧喷涂、等离子体喷涂、激光喷涂、冷喷涂、电热爆炸喷涂；在金属载体片表面形成的层片状材料的厚度较佳地为30～1000um；前驱粉体的喷涂速度，即前驱粉体经热喷涂设备熔融后从热喷涂设备中喷出的速度优选为600m/s～800m/s。
采用热喷涂工艺可以利用热源经过高速气流或焰流将前驱粉体雾化，加速喷射到经预处理的载体片表面上，形成沿载体片表面方向具有取向性的喷涂层。通过调节喷射气体的压力来调节前驱粉体微滴的喷出速度，以与载体片之间强烈撞击而形成铺展开的层片状喷涂层，从而显著提高喷涂层晶粒细化，得到晶粒细小且具有明显取向性的喷涂层，经研磨后的粉体粒度超细烧结活性很高，因此可以制备出光学质量优异的透明闪烁陶瓷。此外，本发明的热喷涂处理可在数分钟内完成，而一般的粉体灼烧需要至少12小时以上的时间。
本发明的成型工艺是将经过研磨形成的喷涂层的粉体进行干压成型、注浆成型或凝胶注模成型（优选干压成型），然后进行冷等静压处理，压力在200MPa～400MPa，保压时间在1min以内。线收缩率在8%～12%左右，得到具有一定强度（相对密度达到约50%）的素坯。
本发明烧结工艺中，优选的烧结方式为将在含有氧气的气氛下的常压烧结与热等静压处理相结合的方式。即在含有氧气的气氛下烧结得到相对密度96～98％的陶瓷片，再将该陶瓷片进行热等静压处理得到相对密度大于99％（接近100%）的陶瓷片。
在含有氧气的气氛下的常压烧结包括逐步升温和保温的步骤，升温速率为3～10℃/min，保温时间为1～5小时。烧结温度为1200℃～1800℃，优选为1250℃～1650℃。一类优选的常压烧结方法主要包括以下步骤：
(1)以5～15℃/min（优选10℃/min）在空气中升温至1250℃～1450℃后（优选为1250℃），在纯度为99.99％以上的氧气中保温1～5小时（优选为2小时），氧气的通入速率为200～500ml/min（优选为300ml/min）；
(2)在纯度为99.99％以上的氧气中以1～5℃/min（优选3℃/min）升温至1600～1700℃后（优选为1650℃），保温1～2小时；
(3)以3～10℃/min（优选5℃/min）降温至1000℃并结束通氧气。
将经过在含有氧气的气氛下常压烧结的陶瓷片自然降温至室温后，再进行热等静压处理，一类优选的热等静压处理主要包括以下步骤：
(1)将常压烧结的陶瓷片以5～15℃/min（优选10℃/min）升温至1500℃～1600℃（优选为1550℃）；
(2)在100～300MPa（优选200MPa）压力下保温4～6小时；
(3)自然降至室温，得到相对密度大于99％的陶瓷片。
本发明的退火工艺指经过烧结工艺和热等静压处理得到的陶瓷片由于存在氧离子空位缺陷，因此将其在退火炉中暴露在空气中在1000℃以上（较佳地在1000℃～1200℃）进行退火处理，以减少氧离子空位缺陷，使陶瓷具有良好的光学及闪烁性能。退火时间根据样品厚度尺寸不同在50小时以上。
与现有技术相比，本发明主要具有以下优点：
(1)起始原料均为市售原料，无需再加工，节约了需要经过再加工以获得非市售的作为亚微米粉末的材料的合成所需的材料以及时间成本，便于操作以实现工业化批量生产。
(2)本发明的制备方法，工艺简单易行，成本低廉，商业化前景广阔。
(3)本发明的制备方法制得的透明陶瓷具有优异的光学性能。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
通用方法
XRD：采用德国Bruker AXS公司的Model D8Advance以Cu靶K 辐照测试；SEM：采用美国FEI公司的Quanta FEG250场发射扫描电镜测试；透过率：采用美国Perkin Elmer公司的Lambda950测试；发射光谱和衰减时间：采用日本Hitachi的F-4600荧光光谱仪测试；平均晶粒尺寸：通过相关软件（NanoMeasurer1.2）测量分析。
实施例1
本实施例采用球磨工艺、热喷涂工艺与热等静压工艺相结合制备镥铝石榴石基透明陶瓷。具体如下：
（1）以市售高纯（99.99%）Lu2O3（2μm）、Gd2O3(2μm)、Al2O3（0.2μm）、Ga2O3(2μm)、CeO2（50nm）为起始原料，按(Ce0.015Lu0.1Gd0.885)3(Al0.5Ga0.5)5O12精确称量各氧化物质量，以无水乙醇为球磨介质，以聚四氟乙烯球为磨球，按质量比球:料:无水乙醇≈6:1:1.2，通过高能行星球磨混料，球磨转速300r/min，球磨时间12h，获得的浆料在鼓风干燥箱中60℃干燥12h，获得的粉体在600℃以上处理2-4小时得到前驱粉体。
（2）称取步骤（1）中的前驱粉体100g,将其放入热喷涂设备专用喷嘴料斗内，燃料气体使用乙炔，粉末随气流涌向喷嘴口的过程中，高温将该粉末熔融成微滴，并高速喷射出去，喷射速率达600m/s，微滴撞击在前置载体片上铺展成厚度为500μm的层片状材料，从前置载体片上取下层片状材料并在氧化铝坩埚中研磨过200目筛得到所需粉体；
（3）将步骤（2）中的粉体在钢模中压制成直径25mm的圆片并用冷等静压在300MPa左右处理获得素坯，素坯在氧气氛围下以10℃/min升温至1250℃保温2小时，再以3℃/min升温至1650℃烧结2小时，再进行热等静压处理：在氩气氛围下以10℃/min升温至1550℃，在200MPa压力下保温4小时，自然降至室温获得陶瓷片。最后将该陶瓷片在1200℃下空气中退火50h，对该陶瓷片进行双面抛光处理获得厚度约2.0mm的样品。用排水法测得其密度约为6.58g.cm-3,用荧光光谱仪测得其发射波长为554nm，用紫外可见分光光度计测得其在554nm处的透过率约为56%。
图1为2.0mm厚样品的实物图，可以看出具有很高的透明度；图2为最终样品XRD图谱，从中可以样品是立方相石榴石结构的，没有其它杂相产生；图3为退火后样品的热腐蚀表面SEM，从中可以看出其晶粒尺寸分布均一且没有任何气孔存在，图4为退火后样品的荧光发射谱图，显示其发射峰为554nm；图5为退火后样品的透过率曲线，波长范围在500-800nm，在发射波长554nm处退火后样品的透过率为56%。
实施例2
本实施例采用球磨工艺、热喷涂工艺与热等静压工艺相结合制备镥铝石榴石基透明陶瓷。具体如下：
（1）将实施例1步骤（1）中得到的前驱粉体再称量100g,将其放入热喷涂设备专用喷嘴料斗内，燃料气体使用氢气，粉末随气流涌向喷嘴口的过程中，高温将该粉末熔融成微滴，并高速喷射出去，喷射速率达800m/s，微滴撞击在前置载体片上铺展成厚度为1000μm的层片状材料，从前置载体片上取下层片状材料并在氧化铝坩埚中研磨过200目筛得到所需粉体；
（2）将上述步骤（1）中的粉体在钢模中压制成直径25mm的圆片并用冷等静压在300MPa左右处理获得素坯，素坯在氧气氛围下以10℃/min升温至1350℃保温2小时，再以3℃/min升温至1640℃烧结2小时，再进行热等静压处理：在氩气氛围下以10℃/min升温至1580℃，在200MPa压力下保温5小时，自然降至室温获得陶瓷片。最后将该陶瓷片在1200℃下空气中退火50h，对该陶瓷片进行双面抛光处理获得厚度约1.9mm的样品。用排水法测得其密度约为6.58g.cm-3,用荧光光谱仪测得其发射波长为554nm，用紫外可见分光光度计测得其在554nm处的透过率约为57%。
实施例3
本实施例采用共沉淀工艺、热喷涂工艺与热等静压工艺相结合制备镥铝石榴石基透明陶瓷。具体如下：
（1）以市售高纯(99.99%)Lu2O3（2μm）、Gd2O3(2μm)、Al(NO3)3·9H2O、Ga2O3(2μm)、CeO2(0.2μm)为起始原料,按(Ce0.015Lu0.1Gd0.885)3(Al0.5Ga0.5)5O12精确称量各氧化物质量，将其全部溶于硝酸中，将该溶液以3ml/min滴入氨水中，控制滴定终点pH值为9.3，再通入CO2直至其pH为7.3停止通气，将该混合液进行抽滤，将抽滤得到的沉淀物在80℃进行干燥2h得到粉体进行研磨获得所需的前驱粉体；
（2）称取步骤（1）中的前驱体150g，将其放入热喷涂设备专用喷嘴料斗内，燃料气体使用液化石油气，粉末随气流涌向喷嘴口的过程中，高温将该粉末熔融成微滴，并高速喷射出去，喷射速率达800m/s，微滴撞击在前置载体片上铺展成厚度为900μm的层片状材料，从前置载体片上取下层片状材料并在氧化铝坩埚中研磨过200目筛得到所需粉体；
（3）将步骤（2）中的粉体在钢模中压制成直径25mm的圆片并用冷等静压在300MPa左右处理获得素坯，素坯在氧气氛围下以10℃/min升温至1250℃保温2小时，再以3℃/min升温至1650℃烧结2小时，再进行热等静压处理：在氩气氛围下以10℃/min升温至1550℃，在200MPa压力下保温4小时，自然降至室温获得陶瓷片。最后将该陶瓷片在1150℃下空气中退火100h，对该陶瓷片进行双面抛光处理获得厚度约4.0mm的样品。用排水法测得其密度约为6.58g.cm-3,用荧光光谱仪测得其发射波长为554nm，用紫外可见分光光度计测得其在554nm处的透过率约为35%。
实施例4
本实施例采用共沉淀工艺、热喷涂工艺与热等静压工艺相结合制备镥铝石榴石基透明陶瓷。具体如下：
（1）以市售高纯(99.99%)Lu2O3（2μm）、Gd2O3(2μm)、Al(NO3)3·9H2O、Ga2O3(2μm)、CeO2(0.2μm)为起始原料,按(Ce0.015Lu0.1Gd0.885)3(Al0.5Ga0.5)5O12精确称量各氧化物质量，将其全部溶于硝酸中，将该溶液以3ml/min滴入氨水中，控制滴定终点pH值为9.4，再通入CO2直至其pH为7.3停止通气，将该混合液进行抽滤，将抽滤得到的沉淀物在80℃进行干燥2h得到粉体进行研磨获得所需的前驱粉体；
（2）称取步骤（1）中的前驱体150g，将其放入热喷涂设备专用喷嘴料斗内，燃料气体使用丙烷，粉末随气流涌向喷嘴口的过程中，高温将该粉末熔融成微滴，并高速喷射出去，喷射速率达700m/s，微滴撞击在前置载体片上铺展成厚度为1000μm的层片状材料，从前置载体片上取下层片状材料并在氧化铝坩埚中研磨过200目筛得到所需粉体；
（3）将步骤（2）中的粉体在钢模中压制成直径25mm的圆片并用冷等静压在300MPa左右处理获得素坯，素坯在氧气氛围下以10℃/min升温至1350℃保温2小时，再以3℃/min升温至1650℃烧结2小时，再进行热等静压处理：在氩气氛围下以10℃/min升温至1550℃，在200MPa压力下保温4小时，自然降至室温获得陶瓷片。最后将该陶瓷片在1150℃下空气中退火100h，对该陶瓷片进行双面抛光处理获得厚度约3.5mm的样品。用排水法测得其密度约为6.58g.cm-3,用荧光光谱仪测得其发射波长为554nm，用紫外可见分光光度计测得其在554nm处的透过率约为38%。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种镥铝石榴石基透明陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)提供一种前驱粉体，所述的前驱粉体包含元素A、元素B、元素C、元素D、元素E，其中
元素A选自：Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Dy、Ho、Er、Tm、Ti、Cr或Mn；
元素B选自：Y、La、Gd、Tb或Yb；
元素C选自：Lu；
元素D选自：Ga或Sc；
元素E选自：Al；
A、B、C、D、E的摩尔比为x：(1-y)×(m-x)：y×(m-x)：(1-z)×(8-m)：z×(8-m)，
其中，x为0.00005-0.1；y为0.1-1；z为0-1；m为2.5-3.5，且以上A、B、C、D、E五种元素的摩尔含量均不为零；
(b)将所述前驱粉体喷涂至金属载体片的表面，形成层片状的喷涂层；
(c)将所得的喷涂层从金属载体片的表面分离，研磨，得到粉体；
(d)对步骤(c)得到的粉体进行成型处理，得到素坯；
(e)对所获得的素坯进行烧结后，进行热等静压处理，得到陶瓷片；
(f)将步骤(e)获得的陶瓷片进行退火处理，得到镥铝石榴石基透明陶瓷；
其中，在步骤(b)中，所述前驱粉体通过热喷涂设备熔融后喷涂至金属载体片的表面，热喷涂设备中使用的燃料气体压力为0.02～0.5Mpa，氧气压力为0.2～0.8Mpa；所述前驱粉体的喷涂速度为600m/s～800m/s；
所述前驱粉体是通过共沉淀法或球磨法制备的。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，层片状的喷涂层的厚度为30～1000um。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，经研磨后所得粉体的粒度为0.05um～1um。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(d)中，对步骤(c)研磨后的粉体进行粉体干压成型、注浆成型或凝胶注模成型，后进行冷等静压处理，得到素坯。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(e)的烧结方法包括以下步骤：
(a)在含有氧气的气氛下进行常压烧结，得到相对密度为96-98％的陶瓷片；
(b)对步骤(a)获得的陶瓷片进行热等静压处理，得到相对密度大于99％的陶瓷片。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在含有氧气的气氛下进行常压烧结包括逐步升温和保温的步骤，升温速率为3～10℃/min，保温时间为1～5小时。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的热等静压处理包括以下步骤：
(1)将步骤(a)获得的陶瓷片以5～15℃/min升温至1500℃～1600℃；
(2)在100～300MPa压力下保温4～6小时；
(3)自然降至室温，得到相对密度大于99％的陶瓷片。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(f)的退火时间在50小时以上，退火温度为1000℃～1200℃。
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