CN109279893A - 钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法 - Google Patents

钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109279893A
CN109279893A CN201810957231.XA CN201810957231A CN109279893A CN 109279893 A CN109279893 A CN 109279893A CN 201810957231 A CN201810957231 A CN 201810957231A CN 109279893 A CN109279893 A CN 109279893A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
holmium
thulium
laser
ceramics
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810957231.XA
Other languages
English (en)
Inventor
张学建
李春
曾繁明
李永涛
刘卉昇
林海
夏晨阳
葛林才
张守丰
刘景和
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin Jianzhu University
Original Assignee
Jilin Jianzhu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin Jianzhu University filed Critical Jilin Jianzhu University
Priority to CN201810957231.XA priority Critical patent/CN109279893A/zh
Publication of CN109279893A publication Critical patent/CN109279893A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/50—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/624—Sol-gel processing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/7767—Chalcogenides
    • C09K11/7769—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3286—Gallium oxides, gallates, indium oxides, indates, thallium oxides, thallates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc gallate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/762—Cubic symmetry, e.g. beta-SiC
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties
    • C04B2235/9653—Translucent or transparent ceramics other than alumina

Abstract

钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法，属于光电子材料技术领域，本发明之钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷属于立方晶系，陶瓷基质为钆镓石榴石，以钬、铥离子为激活离子，该陶瓷分子式为Tm，Ho：Gd3Ga5O12。本发明之钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法主要包括三个步骤：制备Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体、坯体成型以及陶瓷制备三个步骤，具体采用两种湿化学法分别为溶胶凝胶法和液相共沉淀法，合成高纯、单分散、均匀掺杂、高烧结活性纳米粉体。通过设计与模拟，调控钬Ho、铥Tm与钆Gd三种稀土离子的构效关系，实现组分控制。通过选择氩气气氛，抑制镓的价态变化及组分偏析。

Description

钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法
技术领域
本发明涉及钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法，掺钬铥钆镓石榴石透明陶瓷是激光陶瓷，简式为Tm，Ho：Gd3Ga5O12，属于光电子材料技术领域。
背景技术
目前，晶体和玻璃仍是固体激光器工作物质的主体，但激光陶瓷正以其优异的性能异军突起，在不同的领域发挥着举足轻重的作用。透明陶瓷具有陶瓷固有的耐高温、耐腐蚀、高绝缘、高强度等特性，又具有玻璃的光学性能。透明陶瓷制备工艺简单，成本较低，可以在大大低于材料熔点的温度下，完成高致密度光学材料的制备，工艺所需时间远低于提拉晶体所需时间，易于实现批量化低成本生产。特别是能够根据器件应用要求较方便地实现高浓度离子的均匀掺杂，避免由于晶体生长工艺限制所造成的掺杂浓度低、分布不均匀的状况。在一定情况下，透明陶瓷的性能已经达到或超过单晶材料，有望在一些特定场合逐步替代单晶学材料。
掺钬铥钆镓石榴石透明陶瓷材料中Tm3+作敏化离子，通过Ho3+和Tm3+离子间能量转移，可实现2μm激光输出，既降低了激光振荡阈值，又提高了输出效率，具有人眼安全、大气传输特性好等优点，是一种光学性质优良的新型激光陶瓷材料。因此，对陶瓷的制备工艺提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法，生长的陶瓷制备相对容易，成本低廉，加工性能较好，各向同性，相均匀性宽、掺杂浓度高、分布均匀、没有应力和杂质引起的核心、光学均匀性好等优点，是一种极具发展前途的激光陶瓷材料，能够满足全固态新型激光器对工作物质的要求。
钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)制备Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体：采用溶胶凝胶法或液相共沉淀法制备Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体；
2)坯体成型：将步骤1)得到的Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体与聚乙烯醇及丙三醇混合，混合后造粒，完成造粒后置于模具中，在压力5GPa、温度600℃条件下压坯，保压时间5min～10min，得到Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷坯体；
3)陶瓷制备：将步骤2)得到的Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷坯体在氩气气氛下进行烧结，得到钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷。
其中，步骤1)中所述Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体的粒径范围为70nm～100nm。
进一步，步骤1)中所述溶胶凝胶法制备Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体的具体过程如下：
①将Tm2O3粉末、Ho2O3粉末、Gd2O3粉末和Ga2O3粉末，按照Tm、Ho、Gd、Ga摩尔比为x：y：(3-x-y)：5称量药品并将其分别溶于浓度为5mol/L的稀硝酸，得到四种溶液，并将所述四种溶液在烧杯中混合，得到Tm，Ho，Gd、Ga离子硝酸盐溶液，其中0<x≤3,0<y≤1；
②向Tm，Ho，Gd、Ga离子硝酸盐溶液中加入柠檬酸,柠檬酸的摩尔数与Tm，Ho，Gd、Ga四种金属离子的总摩尔数比为1.5:1，利用氨水调节pH值至2.0～2.5，得到混合溶液；
③将步骤②得到的混合溶液放在磁力加热搅拌器上，在60℃条件下加热搅拌6h,得到溶胶，再将溶胶在80℃下继续搅拌3h，得到透明凝胶；再在干燥箱里加热至180℃，保温3h,使凝胶生长为多孔性棕色蓬松物；
④将多孔性棕色蓬松物研磨后在马弗炉中置于1100℃下煅烧3h，得到Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体。
进一步，步骤1)中所述液相共沉淀法制备Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体的过程如下：
①称量药品
将Tm2O3粉末、Ho2O3粉末、Gd2O3粉末和Ga2O3粉末，按Tm、Ho、Gd、Ga摩尔比为x：y：(3-x-y)：5称量药品，其中0<x≤3,0<y≤1；
②配置与滴定反应溶液
将称量好的Tm2O3粉末、Ho2O3粉末、Gd2O3粉末和Ga2O3粉末分别溶于浓度为5mol/L硝酸中，恒温于60℃磁力搅拌器加热搅拌溶解至无色透明，得到四种溶液，并将所述四种溶液在烧杯中混合，得到Tm，Ho，Gd、Ga离子硝酸盐溶液，加入硝酸盐质量0.1倍的聚乙二醇，待溶液至无色透明；室温下，将NH4HCO3溶液作为沉淀剂滴加到无色透明溶液中，NH4HCO3的摩尔数与Tm，Ho，Gd、Ga四种金属离子的总摩尔数比为1.5:1，然后进行反向滴定，滴定速度为2mL/min，伴随滴定不断地搅拌，调节pH值至7.0，90℃水浴加热24h，室温下静止6h，待其完全沉淀后，将其熟化；
③抽滤、洗涤、干燥和煅烧
抽滤完全熟化的沉淀，然后水洗3次，醇洗2次，除去水分，在烘箱中120℃温度下干燥、研磨后装入坩埚，于1000℃下马弗炉煅烧3h，得到Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体。
其中，步骤3)中烧结过程如下：在氩气气氛下，采用高温真空烧结炉在压力200GPa，温度1800℃下烧结，得到钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷。
根据所述的钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法制得的钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷，属于立方晶系，陶瓷基质为钆镓石榴石，以钬Ho、铥Tm离子为激活离子，该陶瓷分子式为Tm，Ho：Gd3Ga5O12。
所述的钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法，其中，所加入的钬Ho、铥Tm掺杂浓度按原子数百分含量at.％计：Tm3+为0.5％～3％，Ho3+为0.5％～1％。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提出的钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法，在钆镓石榴石(GGG)体系的晶格中，通过Tm,Ho双掺和性能调控，采用富镓组分及氩气气氛烧结工艺，有效解决高温烧结所引起的组分偏析问题。通过烧结动力学过程的研究，揭示了成型方法、烧结温度、升温速度和保温时间对烧结体致密化过程及显微结构与光学性能的影响规律。通过分析气孔、晶粒尺寸、掺杂浓度及分布、表面能等因素对界面结构与扩散的影响，建立了激光陶瓷材料单晶化物理模型，制备了2μm激光输出的透明陶瓷介质。本发明以钆镓石榴石为基质的钬铥双掺激光透明陶瓷，作为一种新型的激光陶瓷，目前在我国还没有大规模的研究，在基质Gd3Ga5O12陶瓷的一些优良性质基础上，Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷作为一种新型激光陶瓷有着更大的应用潜力和一些特殊性质，因此研究Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷具有着重大的意义。
附图说明
图1是本发明实施例一中Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体合成工艺流程图；
图2是本发明实施例二中Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体合成工艺流程图；
图3是本发明实施例中钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷的成型与烧结流程图。
具体实施方式
为了避免混淆本发明的实质，公知的方法和过程并没有详细的叙述。
本发明提出的钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法包括制备Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体、坯体成型和陶瓷制备：
1)制备Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体：采用溶胶凝胶法或液相共沉淀法制备Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体；并采用电动压力机制得块状生长料；
2)坯体成型：将步骤1)得到的Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体与聚乙烯醇及丙三醇混合，混合后造粒，完成造粒后置于模具中，在压力5GPa、温度600℃条件下压坯，保压时间5min～10min，得到Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷坯体；
在对锻烧后的Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体压坯时,虽然是采用单面加压的模式，但是由于粉体的质量很小，需将完成造粒的粉体放入模具中在压力下成型，加压为5GPa，保压时间为5min～10min。模具与粉体接触的两面都已抛光，这样有利于脱模和提高坯体表面的光洁程度。在施加压力的过程中,加力一定要均匀,否则坯体会产生开裂和分层现象,而且均匀加压也有利于坯体密度均匀化，从而提高陶瓷体的烧结质量；
3)陶瓷制备：将步骤2)得到的Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷坯体在氩气气氛下进行烧结，得到钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷。
本发明采用溶胶凝胶法、尿素共沉淀法、碳酸盆共沉淀法制备Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体，以热天平/差示热分析仪TG-DTA、X射线衍射XRD、红外光谱IR、扫描电镜SEM、透射电镜TEM、电子衍射和电子能谱等测试手段研究了Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体性能,获得最佳工艺参数分别为1100℃下煅烧3h、1000℃下煅烧3h，获得的粉体粒度均匀,粒径分别为80nm～100nm、70nm～90nm。用高温真空烧结炉在1800℃烧结后得到钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷。
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和图1、图2及图3对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1：本实施例中采用制备Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体；
钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法具体过程如下：将Tm2O3粉末、Ho2O3粉末、Gd2O3粉末和Ga2O3粉末，按照Tm、Ho、Gd、Ga摩尔比为x：y：(3-x-y)：5称量药品并将其分别溶于浓度为5mol/L的稀硝酸，得到四种溶液，并将所述四种溶液在烧杯中混合，得到Tm，Ho，Gd、Ga离子硝酸盐溶液，其中0<x≤3,0<y≤1；然后向Tm、Ho、Gd、Ga离子硝酸盐溶液中加入适量的柠檬酸,柠檬酸的摩尔数与Tm、Ho、Gd、Ga四种金属离子的总摩尔数比为1.5:1，利用氨水调节pH值至2.0～2.5，得到混合溶液；将混合溶液放在磁力加热搅拌器上，在60℃条件下加热搅拌6h,得到溶胶，再将溶胶在80℃下继续搅拌3h，得到透明凝胶；再在干燥箱里加热至180℃，保温3h,使凝胶生长为多孔性棕色蓬松物；将多孔性棕色蓬松物研磨后在马弗炉中置于1100℃下煅烧3h，得到Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体，将Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体、粘合剂及增塑剂混合，得到混合物料，其中粘合剂为聚乙烯醇，增塑剂为丙三醇，对混合物料进行炒蜡、过筛、造粒、成型，然后将其置于压力5GPa、温度600℃下进行压坯，保压时间5min～10min，采用高温真空烧结炉在压力200GPa，温度1800℃下实现钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷烧结。
实施例2：本实施例采用液相共沉淀法合成激光陶瓷粉体；
钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法具体过程如下：
1)称量药品
将Tm2O3粉末、Ho2O3粉末、Gd2O3粉末和Ga2O3粉末，按Tm、Ho、Gd、Ga摩尔比为x：y：(3-x-y)：5称量药品，其中0<x≤3,0<y≤1；
2)配置与滴定反应溶液
将称量好的Tm2O3粉末、Ho2O3粉末、Gd2O3粉末和Ga2O3粉末分别溶于适量的浓度为5mol/L硝酸中，恒温于60℃磁力搅拌器加热搅拌溶解至无色透明，将上述四种溶液在烧杯中混合，得到Tm、Ho、Gd、Ga离子硝酸盐溶液，加入硝酸盐质量0.1倍的聚乙二醇，待溶液至无色透明。室温下，本实验用到的沉淀剂为NH4HCO3溶液，其摩尔数与Tm、Ho、Gd、Ga四种金属离子的总摩尔数比为1.5:1，然后进行反向滴定，滴定速度为2mL/min，伴随滴定不断地搅拌，调节pH值至7.0，90℃水浴加热24h，室温下静止6h，待其完全沉淀后，将其熟化；
3)抽滤、洗涤、干燥和煅烧
抽滤完全熟化的沉淀，然后水洗3次，醇洗2次，除去水分，目的是为了防止由于氢键引起沉淀的团聚现象，在烘箱中120℃温度下干燥、研磨、装入坩埚、1000℃下马弗炉煅烧3h，得到Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体；
4)坯体成型
对Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体进行炒蜡、过筛、造粒、成型，向其中加入聚乙烯醇作为粘合剂、丙三醇作为增塑剂，然后将其置于压力5GPa、温度600℃下进行压坯；
5)陶瓷烧结
采用高温真空热压烧结炉在压力200GPa，温度1800℃下实现钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷烧结。

Claims (7)

1.钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)制备Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体：采用溶胶凝胶法或液相共沉淀法制备Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体；
2)坯体成型：将步骤1)得到的Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体与聚乙烯醇及丙三醇混合，混合后造粒，完成造粒后置于模具中，在压力5GPa、温度600℃条件下压坯，保压时间5min～10min，得到Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷坯体；
3)陶瓷制备：将步骤2)得到的Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷坯体在氩气气氛下进行烧结，得到钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷。
2.根据权利要求1所述的钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法，其特征在于，步骤1)中所述Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体的粒径范围为70nm～100nm。
3.根据权利要求1所述的钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法，其特征在于，步骤1)中所述溶胶凝胶法制备Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体的具体过程如下：
①将Tm2O3粉末、Ho2O3粉末、Gd2O3粉末和Ga2O3粉末，按照Tm、Ho、Gd、Ga摩尔比为x：y：(3-x-y)：5称量药品并将其分别溶于浓度为5mol/L的稀硝酸，得到四种溶液，并将所述四种溶液在烧杯中混合，得到Tm，Ho，Gd、Ga离子硝酸盐溶液，其中0<x≤3,0<y≤1；
②向Tm，Ho，Gd、Ga离子硝酸盐溶液中加入柠檬酸,柠檬酸的摩尔数与Tm，Ho，Gd、Ga四种金属离子的总摩尔数比为1.5:1，利用氨水调节pH值至2.0～2.5，得到混合溶液；
③将步骤②得到的混合溶液放在磁力加热搅拌器上，在60℃条件下加热搅拌6h,得到溶胶，再将溶胶在80℃下继续搅拌3h，得到透明凝胶；再在干燥箱里加热至180℃，保温3h,使凝胶生长为多孔性棕色蓬松物；
④将多孔性棕色蓬松物研磨后在马弗炉中置于1100℃下煅烧3h，得到Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体。
4.根据权利要求1所述的钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法，其特征在于，步骤1)中所述液相共沉淀法制备Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体的过程如下：
①称量药品
将Tm2O3粉末、Ho2O3粉末、Gd2O3粉末和Ga2O3粉末，按Tm、Ho、Gd、Ga摩尔比为x：y：(3-x-y)：5称量药品，其中0<x≤3,0<y≤1；
②配置与滴定反应溶液
将称量好的Tm2O3粉末、Ho2O3粉末、Gd2O3粉末和Ga2O3粉末分别溶于浓度为5mol/L硝酸中，恒温于60℃磁力搅拌器加热搅拌溶解至无色透明，得到四种溶液，并将所述四种溶液在烧杯中混合，得到Tm，Ho，Gd、Ga离子硝酸盐溶液，加入硝酸盐质量0.1倍的聚乙二醇，待溶液至无色透明；室温下，将NH4HCO3溶液作为沉淀剂滴加到无色透明溶液中，NH4HCO3的摩尔数与Tm，Ho，Gd、Ga四种金属离子的总摩尔数比为1.5:1，然后进行反向滴定，滴定速度为2mL/min，伴随滴定不断地搅拌，调节pH值至7.0，90℃水浴加热24h，室温下静止6h，待其完全沉淀后，将其熟化；
③抽滤、洗涤、干燥和煅烧
抽滤完全熟化的沉淀，然后水洗3次，醇洗2次，除去水分，在烘箱中120℃温度下干燥、研磨后装入坩埚，于1000℃下马弗炉煅烧3h，得到Tm，Ho：Gd3Ga5O12激光陶瓷前驱纳米粉体。
5.根据权利要求1所述的钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法，其特征在于，步骤3)中烧结过程如下：在氩气气氛下，采用高温真空烧结炉在压力200GPa，温度1800℃下烧结，得到钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷。
6.根据权利要求1所述的钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法制得的钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷，属于立方晶系，陶瓷基质为钆镓石榴石，以钬Ho、铥Tm离子为激活离子，该陶瓷分子式为Tm，Ho：Gd3Ga5O12。
7.根据权利要求1所述的钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法，其特征在于，所加入的钬Ho、铥Tm掺杂浓度按原子数百分含量at.％计：Tm3+为0.5％～3％，Ho3+为0.5％～1％。
CN201810957231.XA 2018-08-22 2018-08-22 钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法 Pending CN109279893A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810957231.XA CN109279893A (zh) 2018-08-22 2018-08-22 钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810957231.XA CN109279893A (zh) 2018-08-22 2018-08-22 钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109279893A true CN109279893A (zh) 2019-01-29

Family

ID=65182886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810957231.XA Pending CN109279893A (zh) 2018-08-22 2018-08-22 钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109279893A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110511027A (zh) * 2019-08-30 2019-11-29 宁波大学 一种高光学质量的氧化铥透明陶瓷的制备方法
CN111017978A (zh) * 2019-12-27 2020-04-17 江西鑫泰功能材料科技有限公司 一种介电陶瓷电容器用纳米氧化钬的制备方法
CN112321295A (zh) * 2020-11-04 2021-02-05 吉林建筑大学 铥钬双掺钇铝石榴石激光透明陶瓷制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1393422A (zh) * 2001-07-01 2003-01-29 中国科学院福建物质结构研究所 近终形成型透明陶瓷激光介质的制备
CN105873881A (zh) * 2013-12-27 2016-08-17 出光兴产株式会社 氧化物烧结体、该烧结体的制造方法及溅射靶

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1393422A (zh) * 2001-07-01 2003-01-29 中国科学院福建物质结构研究所 近终形成型透明陶瓷激光介质的制备
CN105873881A (zh) * 2013-12-27 2016-08-17 出光兴产株式会社 氧化物烧结体、该烧结体的制造方法及溅射靶

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
宁桂玲等: "《高等无机合成》", 30 September 2007, 华东理工大学出版社 *
张学建等: "共沉淀法合成Tm，Ho：GGG纳米粉体及性能表征", 《吉林建筑工程学院学报》 *
戴金辉等: "《无机非金属材料概论》", 31 July 2018, 哈尔滨工业大学出版社 *
施剑林等: "《无机光学透明材料：透明陶瓷》", 31 December 2008, 上海科学普及出版社 *
曾黎明: "《钕镱掺杂钆镓石榴石激光晶体》", 30 June 2012, 吉林大学出版社 *
李轶等: "掺钕钆镓石榴石激光陶瓷粉体的研究", 《光学技术》 *
李长春等: "《功能材料》", 30 June 2014, 哈尔滨工业大学出版社 *
邓凤萍等: "Yb：GGG激光陶瓷的制备与表征", 《长春理工大学学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110511027A (zh) * 2019-08-30 2019-11-29 宁波大学 一种高光学质量的氧化铥透明陶瓷的制备方法
CN110511027B (zh) * 2019-08-30 2021-09-14 宁波大学 一种高光学质量的氧化铥透明陶瓷的制备方法
CN111017978A (zh) * 2019-12-27 2020-04-17 江西鑫泰功能材料科技有限公司 一种介电陶瓷电容器用纳米氧化钬的制备方法
CN112321295A (zh) * 2020-11-04 2021-02-05 吉林建筑大学 铥钬双掺钇铝石榴石激光透明陶瓷制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109019656B (zh) 纳米稀土氧化物粉体的生产方法
CN110451525A (zh) 一种快速制备单斜晶结构普鲁士蓝类似物的方法
CN106631008B (zh) 一种块状不裂高致密纳米晶锆酸钆陶瓷及其制备方法
CN103407969B (zh) 一种三维有序大孔-介孔金属氧化物或复合氧化物的气相渗透-沉淀制备方法及所得产品
CN109279893A (zh) 钬铥双掺钆镓石榴石激光透明陶瓷制备方法
CN101698609B (zh) 一种球形、单分散单尺寸氧化钇纳米粉体的制备方法
CN103242042B (zh) 一种基于核壳结构三维微固相反应的多元氧化物纳米颗粒的制备方法
CN108689422B (zh) 一种大比表面积纳米氧化钆粉体的制备方法
CN102060519A (zh) 一种通过喷雾造粒改性粉体制备稀土掺杂钇铝石榴石透明陶瓷的方法
CN105502467A (zh) 一种纳米氧化镝的制备方法
CN103113106A (zh) 一种烧绿石型a2b2o7透明陶瓷的制备方法
CN104108737B (zh) 铜-稀土纳米花瓣状金属氧化物的合成方法
CN102241516A (zh) 一种水基溶胶-凝胶法制备Li4SiO4陶瓷粉体的方法
CN1032805C (zh) 碳酸盐沉淀法制备稀土氧化物超微粉末
CN102190484A (zh) Yag透明陶瓷的制备方法
CN108358635A (zh) 一种磁光氧化钬透明陶瓷的制备方法
CN100564256C (zh) 成分均匀的球状掺杂铌酸锂多晶原料的合成方法
CN101591176A (zh) 一种合成Gd3Ga5O12(GGG)透明陶瓷纳米晶的方法
CN102976716A (zh) 一种铽镓石榴石透明陶瓷的制备方法
CN100376508C (zh) 制备掺钕钆镓石榴石纳米粉的凝胶燃烧合成方法
CN113292929B (zh) 一种近球形La3+掺杂Ce1-xLaxO2纳米抛光粉及其制备方法
CN100469735C (zh) 一种无团聚掺杂钇铝石榴石纳米粉体的制备方法
CN101746786B (zh) 一种制备高纯α-Al2O3纳米晶体材料的方法
CN107573071B (zh) 一种单分散球形Y2O3和Al2O3粉制备(Y1-xYbx)AG透明陶瓷的方法
CN114133928A (zh) 适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190129

RJ01 Rejection of invention patent application after publication