CN109678506B - 一种氧化铒透明陶瓷的制备方法 - Google Patents

一种氧化铒透明陶瓷的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种氧化铒透明陶瓷的制备方法，将钼酸铵溶液滴加到硝酸铒母盐溶液中，产生钼酸铒；继续滴加氨水，在滴加结束后，陈化，得到大量白色沉淀，过滤洗涤，获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物，再将该化合物加入到硫酸铵溶液中浸泡进行离子交换后，经洗涤、干燥、研磨及过筛处理，煅烧，获得含有钼酸铒烧结助剂的氧化铒纳米粉末；预压、再冷等静压成型、高温无压烧结，经退火处理和机械加工后，获得氧化铒透明陶瓷。优点是：通过反应自生成的钼酸铒沉淀作为烧结助剂，以及硫酸铵作为离子交换剂制备出颗粒粒度小、粒度均匀、分散性好的高活性氧化铒粉体，采用该氧化铒粉体通过无压烧结获得直线透过率高的氧化铒透明陶瓷。

Description

一种氧化铒透明陶瓷的制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化铒透明陶瓷的制备方法，特别涉及一种以钼酸铒为添加剂的氧化铒纳米粉末无压烧结制备氧化铒透明陶瓷的方法。
背景技术
多晶透明陶瓷材料是一种具有独特的透光性能，同时兼有耐高温、耐腐蚀、高绝缘、高强度等陶瓷特性的无机非金属材料。与单晶材料相比，透明陶瓷具有制备成本低、适合大批量生产、可大尺寸制备、容易加工、更高的可掺杂浓度、易于性能裁减及适合近净成型等优点，多晶透明陶瓷是单晶的可替代材料，目前已被广泛用作各种光学装置及器件，如高温窗材、高温透镜、整流罩、天线罩、微波基板、透明装甲材料、超薄照相器材等。透明陶瓷通常采用无压烧结（真空烧结、气氛烧结）或压力辅助烧结（热压烧结、热等静压烧结）制备而成，与压力辅助烧结相比，无压烧结具有成本低、省时、高效等优点，但是无压烧结需要初始粉料具有较高的烧结活性，因此宜选用颗粒粒度小、粒度均匀、分散性好（不易团聚）的陶瓷粉料以提高粉体活性。
稀土层状化合物是一种具有二维纳米片形貌特征的水合氢氧化物，其不但具有无机化合物的插层性、可剥离性、离子交换性，还具有稀土离子的光、电、磁及催化等特性，因此稀土层状化合物于2006年一经发现就引起了广泛的研究与关注。研究发现，硝酸盐类的稀土层状化合物纳米片通过热分解形成的相应氧化物的烧结活性很低，很难通过无压烧结方式制备出具有高光学质量的氧化物陶瓷，因此需要通过加入添加剂或其他手段对其改性，以获得高光学透过率的陶瓷。
CN1267379C公开了一种“透光性稀土金属氧化物烧结体及其制造方法”，该方法使用纯度为99.9%或以上、铝含量以金属重量计为5-100重量ppm、硅含量以硅元素重量计为10重量ppm或更低的高纯度稀土金属氧化物材料粉末和粘合剂，制作成型密度为理论密度的58%或以上的成型体。通过热处理除去粘合剂，然后在氢或稀有气体或其混合物气氛下或在真空中，于不低于1450℃和不高于1700℃的温度下将成型体烧结0.5小时或以上，制作一种由通式R2O3表示的透光性稀土金属氧化物烧结体。该方法选用硅含量为10ppm以下的高纯稀土金属氧化材料粉末为原料，并通过控制烧结体平均粒径在2μm-20μm之间，添适量的铝，铝发挥最大致密化促进作用，获得透明体。该方法对原料要求较高，并且烧结过程中需要粘结剂，易引入杂质，影响产品透明度，并且，铝的加入是通过机械球磨方式直接混合的，这种方法容易引起添加剂在原料中分布不均匀等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种氧化铒透明陶瓷的制备方法，通过反应自生成的钼酸铒沉淀作为烧结助剂，以及硫酸铵作为离子交换剂制备出颗粒粒度小、粒度均匀、分散性好的高活性氧化铒粉体，采用该氧化铒粉体通过无压烧结获得直线透过率高的氧化铒透明陶瓷。
本发明的技术方案是：
一种氧化铒透明陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
（1）钼酸铒添加剂的制备
在0℃～25℃的温度下，将钼酸铵溶液滴加到浓度为0.03mol/L～0.20mol/L硝酸铒母盐溶液中，并搅拌硝酸铒母盐溶液，其中，钼酸铵的加入量以硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量计为0.1%～1×10-3%，产生钼酸铒添加剂；
（2）硝酸盐类铒基层状化合物的制备
在0℃～25℃的温度下，继续向生成钼酸铒添加剂的硝酸铒母盐溶液中滴加浓度为1mol/L的氨水，并使滴定终点的pH值为7.5～9.5，在滴加结束后，陈化0.5h～24h，得到大量白色沉淀；对白色沉淀进行过滤洗涤，获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物；
（3）制备含有钼酸铒烧结助剂的氧化铒纳米粉末
在0℃～25℃的温度下，再将步骤（2）获得的化合物加入到硫酸铵溶液中浸泡0.5h～24h进行离子交换；对离子交换产物依次经洗涤、干燥、研磨及过筛处理，再对其进行煅烧，获得含有钼酸铒烧结助剂的氧化铒纳米粉末；
（4）成型、无压烧结氧化铒透明陶瓷
对含有钼酸铒烧结助剂的氧化铒纳米粉末先预压、再冷等静压成型后，然后进行高温无压烧结，经退火处理和机械加工后，获得氧化铒透明陶瓷。
进一步的，步骤（1）中，硝酸铒母盐溶液配制时，将纯度≥99.95%氧化铒在过量硝酸溶液中溶解，然后蒸发浓缩，冷却后，得到硝酸铒溶液；或将纯度≥99.95%的硝酸铒溶于去离子水中，得到硝酸铒溶液。
进一步的，步骤（2）中，配制硝酸铒母盐溶液时，钼酸铵溶液的滴加速度为3mL/min，氨水的滴加速度为1mL/min～10mL/min。
进一步的，步骤（3）中，硫酸铵的加入量以硫酸铵中硫酸根与硝酸铒母盐溶液中铒离子的摩尔比计，SO4 2-:Er3+=0.005:1～0.25:1。
进一步的，步骤（3）中，煅烧时，煅烧温度为950℃～1200℃，煅烧时间为1h～6h。
进一步的，步骤（4）中，冷等静压成型时，压强为100MPa～400MPa。
进一步的，步骤（4）中，高温无压烧结为真空烧结，真空度为10-2Pa～10-5Pa，烧结温度为1600℃～2000℃，烧结时间为2h～24h。
进一步的，步骤（4）中，高温无压烧结为气氛烧结，烧结气氛为氢气或氧气，烧结温度为1600℃～2000℃，烧结时间为1h～24h。
进一步的，步骤（4）中，烧结体的退火温度为1000℃～1600℃，退火气氛为氧气或空气。
进一步的，所述钼酸铵溶液浓度为1×10-5mol/L，硫酸铵溶液浓度为0.05mol/L。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1）本发明方法采用硝酸铒为原料，将少量的钼酸铵滴加至硝酸铒溶液中后会生成钼酸铒，以反应自生成的钼酸铒为添加剂，然后通过滴加氨水溶液形成硝酸盐类铒基稀土层状化合物。钼酸铒的加入可以抑制层状化合物沿轴向生长，从而获得超薄的纳米片，再通过高温煅烧获得具有钼酸铒烧结助剂的氧化铒粉体，该氧化铒粉体颗粒粒度小，平均粒度只有25 nm，且粒度均匀、分散性较好、并未产生硬团聚现象。相对于一般添加剂的直接机械混合方式具有更好的均一性，利用该添加剂可以制备出高光学质量的氧化铒透明陶瓷，经过实验得出，利用本发明方法制备得到的厚度为1.3mm的氧化铒透明陶瓷，其直线透过率接近80%。
2）本发明方法的制备成本低、操作简单，且可实现大批量生产氧化铒透明陶瓷，制备得到的氧化铒透明陶瓷在可见/近红外/红外的光学系统、照明系统和磁光器件中具有较高的实际应用价值。
附图说明
图1为本发明（对应实施例1）的制备方法制备过程中得到的氧化铒前躯体的XRD图；
图2为本发明（对应实施例1）的制备方法制备过程中得到的氧化铒陶瓷烧结体的XRD图；
图3为本发明（对应实施例2）的制备方法制备得到的氧化铒透明陶瓷经打磨和抛光处理后得到的1.3mm厚的抛光样品的照片；
图4为本发明（对应实施例3）的制备方法制备得到的氧化铒透明陶瓷经打磨和抛光处理后得到的1.3mm厚的抛光样品的照片；
图5为本发明（对应实施例4）的制备方法制备得到的氧化铒透明陶瓷经打磨和抛光处理后得到的1.3mm厚的抛光样品的照片；
图6为本发明（对应实施例2）的制备方法制备过程中氧化铒纳米粉末的扫描电镜形貌；
图7为本发明（对应实施例2）的制备方法制备得到的氧化铒透明陶瓷经打磨和抛光处理后得到的1.3mm厚的抛光样品的透过率曲线。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例提出的一种氧化铒透明陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一： 将纯度≥99.95%的氧化铒在过量硝酸溶液中溶解，然后蒸发去除多余的硝酸，冷却后配制得到浓度0.09mol/L的硝酸铒溶液；将钼酸铵直接溶于去离子水中配制得到浓度为1×10-5mol/L 的钼酸铵溶液；将硫酸铵直接溶于去离子水中配制成浓度为0.05mol/L的硫酸铵溶液；
步骤二：在25℃的温度下，将步骤一配制的硝酸铒溶液搅拌均匀，然后以3mL/min的速度将钼酸铵溶液逐滴滴加到母盐溶液中，并边滴加边搅拌硝酸铒母盐溶液，产生钼酸铒可作为无压烧结添加剂，其中，钼酸铵的加入量占硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量的0.05%；再以10mL/min的速度将1mol/L的氨水滴入母盐中，并使滴定终点的pH值为9.5，在滴定结束后继续陈化24h，在陈化结束后，获得白色沉淀；钼酸铵、氨水的加入速度均用分液漏斗控制；
步骤三：对白色沉淀进行过滤洗涤，获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物，再将该化合物加入到步骤一配制的硫酸铵溶液中浸泡24h进行离子交换；硫酸铵的加入量以硫酸铵中硫酸根与洗涤后的硝酸铒母盐溶液中铒离子的摩尔比计量，即SO4 2-: Er3+=0.15:1；
步骤四：对离子交换产物依次进行洗涤、干燥、研磨及过筛处理，再对其在1200℃进行煅烧6 h，在煅烧结束后，获得含有钼酸铒烧结助剂的氧化铒纳米粉末；
步骤五：对含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末依次进行预压及在压强为100MPa下冷等静压成型，然后通过高温无压烧结方式对冷等静压成型后得到的成型物进行高温无压烧结，本实施例采用的高温无压烧结为真空烧结，工艺条件为：真空度为10-2，烧结温度为2000℃，烧结时间为2h；再对高温无压烧结后得到的烧结体在氧气气氛下1600 ℃退火处理，最后对退火后的样品机械加工，获得氧化铒透明陶瓷。
实施例2
本实施例提出的一种氧化铒透明陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一：将钼酸铵直接溶于去离子水中配制得到浓度为1×10-5mol/L 的钼酸铵溶液；将硫酸铵直接溶于去离子水中配制成浓度为0.05mol/L的硫酸铵溶液；将纯度≥99.95%的硝酸铒直接溶于去离子水中配制得到浓度为0.075mol/L的硝酸铒溶液；
步骤二：在3℃的温度下，将步骤一配制的硝酸铒溶液搅拌均匀，然后以3mL/min的速度将钼酸铵溶液逐滴滴加到母盐溶液中，并边滴加边搅拌硝酸铒母盐溶液，产生钼酸铒，其中，钼酸铵的加入量占硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量的0.001%；再以1mL/min的速度将1mol/L的氨水滴入母盐中，并使滴定终点的pH值为8.5，在滴定结束后继续陈化1.5h，在陈化结束后，获得白色沉淀；钼酸铵、氨水的加入速度均用蠕动泵控制；
步骤三：对白色沉淀进行过滤洗涤，获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物，再将该化合物加入到步骤一配制的硫酸铵溶液中浸泡1h进行离子交换；硫酸铵的加入量以硫酸铵中硫酸根与硝酸铒母盐溶液中铒离子的摩尔比计量，即SO4 2-: Er3+=0.03:1；
步骤四：对离子交换产物依次进行洗涤、干燥、研磨及过筛处理，再对其进行煅烧，煅烧温度为1000℃，煅烧时间为4 h；在煅烧结束后获得含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末；
步骤五：对氧化铒纳米粉末依次进行预压及压强为240MPa冷等静压成型，然后通过高温无压烧结方式对冷等静压成型后得到的成型物进行高温无压烧结，再对高温无压烧结后得到的烧结体退火处理，本实施例中高温无压烧结为真空烧结，工艺条件为：真空度为10-5 Pa，烧结温度为1900℃，烧结时间为4h；烧结体的退火温度为1100 ℃，退火气氛为氧气；最后对退火后的样品机械加工，获得氧化铒透明陶瓷。
实施例3
本实施例提出的一种氧化铒透明陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一：将钼酸铵直接溶于去离子水配制浓度为1×10-5mol/L的钼酸铵溶液；配制浓度为0.1mol/L的硝酸铒母盐溶液；将硫酸铵直接溶于去离子水配制浓度为0.05mol/L的硫酸铵溶液；
步骤二：在4℃的温度下，将步骤一配制的硝酸铒溶液搅拌均匀，然后以3mL/min的速度将钼酸铵溶液逐滴滴加到母盐溶液中，并边滴加边搅拌硝酸铒母盐溶液，产生钼酸铒，其中，钼酸铵的加入量占硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量的0.005%；再以3mL/min的速度将1mol/L的氨水滴入母盐中，并使滴定终点的pH值为8.0，在滴定结束后继续陈化3h，在陈化结束后，获得白色沉淀；钼酸铵、氨水的加入速度均用分液漏斗控制；
步骤三：对白色沉淀进行过滤洗涤，获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物，再将该化合物加入到步骤一配制的硫酸铵溶液中浸泡2h进行离子交换；
硫酸铵的加入量以硫酸铵中硫酸根与白色沉淀中铒离子的摩尔比计量，即SO4 2-:Er3+=0.1:1；
步骤四：对离子交换产物依次进行洗涤、干燥、研磨及过筛处理，再对其进行煅烧，煅烧温度为950℃，煅烧时间为5 h；在煅烧结束后获得含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末；
步骤五：对含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末依次进行预压及压强为300MPa下冷等静压成型，然后通过高温无压烧结方式对冷等静压成型后得到的成型物进行高温无压烧结，再对高温无压烧结后得到的烧结体退火处理，高温无压烧结为真空烧结，工艺条件为：真空度为10-4 Pa，烧结温度为1850℃，烧结时间为5h；烧结体的退火温度为1300 ℃，退火气氛为氧气；最后对退火后的样品机械加工，获得氧化铒透明陶瓷。
实施例4
本实施例提出的一种氧化铒透明陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一：将钼酸铵直接溶于去离子水配制浓度为1×10-5mol/L的钼酸铵溶液；配制浓度为0.15mol/L的硝酸铒母盐溶液；将硫酸铵直接溶于去离子水配制浓度为0.05mol/L的硫酸铵溶液；
步骤二：在10℃的温度下，将步骤一配制的硝酸铒溶液搅拌均匀，然后以3mL/min的速度将钼酸铵溶液逐滴滴加到母盐溶液中，并边滴加边搅拌硝酸铒母盐溶液，产生钼酸铒，其中，钼酸铵的加入量占硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量的0.01%；再以5mL/min的速度将1mol/L的氨水滴入母盐中，并使滴定终点的pH值为7.5，在滴定结束后继续陈化0.5h，在陈化结束后，获得白色沉淀；
钼酸铵、氨水的加入速度均用蠕动泵控制；
步骤三：对白色沉淀进行过滤洗涤，获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物，再将该化合物加入到步骤一配制的硫酸铵溶液中浸泡0.5h进行离子交换；硫酸铵的加入量以硫酸铵中硫酸根与硝酸铒母盐溶液中铒离子的摩尔比计量，即SO4 2-: Er3+=0.05:1；
步骤四：对离子交换产物依次进行洗涤、干燥、研磨及过筛处理，再对其进行煅烧，煅烧温度为1050℃，煅烧时间为4 h；在煅烧结束后获得含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末；
步骤五：对含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末依次进行预压及压强为200MP a下冷等静压成型，然后通过高温无压烧结方式对冷等静压成型后得到的成型物进行高温无压烧结，再对高温无压烧结后得到的烧结体退火处理，本实施例高温无压烧结为气氛烧结，工艺条件为：氢气气氛，烧结温度为1700℃，烧结时间为4h；烧结体的退火温度为1400 ℃，退火气氛为氧气；最后对退火后的样品机械加工，获得氧化铒透明陶瓷。
实施例5
本实施例提出的一种氧化铒透明陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一：将钼酸铵直接溶于去离子水配制浓度为1×10-5mol/L的钼酸铵溶液；配制浓度为0.20mol/L的硝酸铒母盐溶液；将硫酸铵直接溶于去离子水配制浓度为0.05mol/L的硫酸铵溶液；
步骤二：在4℃的温度下，将步骤一配制好的硝酸铒溶液搅拌均匀，然后以3mL/min的速度将钼酸铵溶液逐滴滴加到母盐溶液中，并边滴加边搅拌硝酸铒母盐溶液，产生钼酸铒，其中，钼酸铵的加入量占硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量的0.1%；再以10mL/min的速度将1mol/L的氨水滴入母盐中，并使滴定终点的pH值为8.8，在滴定结束后继续陈化24h，在陈化结束后，获得白色沉淀；
钼酸铵、氨水的加入速度均用计量泵控制；
步骤三：对白色沉淀进行过滤洗涤，获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物，再将该化合物加入到步骤一配制的硫酸铵溶液中浸泡24h进行离子交换；硫酸铵的加入量以硫酸铵中硫酸根与硝酸铒母盐溶液中铒离子的摩尔比计量，即SO4 2-: Er3+=0.005:1；
步骤四：对离子交换产物依次进行洗涤、干燥、研磨及过筛处理，再对其进行煅烧，煅烧温度为1200℃，煅烧时间为1h；在煅烧结束后获得含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末；
步骤五：对含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末依次进行预压及压强为100MPa下冷等静压成型，然后通过高温无压烧结方式对冷等静压成型后得到的成型物进行高温无压烧结，再对高温无压烧结后得到的烧结体退火处理，高温无压烧结为气氛烧结，工艺条件为：氧气气氛，烧结温度为1600℃，烧结时间为10h；烧结体的退火温度为1600 ℃，退火气氛为氧气；最后对退火后的样品机械加工，获得氧化铒透明陶瓷。
实施例6
本实施例提出的一种氧化铒透明陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一：将钼酸铵直接溶于去离子水配制浓度为1×10-5mol/L的钼酸铵溶液；配制浓度为0.1mol/L的硝酸铒母盐溶液；将硫酸铵直接溶于去离子水配制浓度为0.05mol/L的硫酸铵溶液；
步骤二：在25℃的温度下，将步骤一配制的硝酸铒溶液搅拌均匀，然后以3mL/min的速度将钼酸铵溶液逐滴滴加到母盐溶液中，并边滴加边搅拌硝酸铒母盐溶液，产生钼酸铒，其中，钼酸铵的加入量占硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量的0.05%；再以2mL/min的速度将1mol/L的氨水滴入母盐中，并使滴定终点的pH值为8.75，在滴定结束后继续陈化0.5h，在陈化结束后，获得白色沉淀；钼酸铵、氨水的加入速度均用分液漏斗控制；
步骤三：对白色沉淀进行过滤洗涤，获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物，再将该化合物加入到步骤一配制的硫酸铵溶液中浸泡0.5h进行离子交换；硫酸铵的加入量以硫酸铵中硫酸根与硝酸铒母盐溶液中铒离子的摩尔比计量，即SO4 2-: Er3+=0.2:1；
步骤四：对离子交换产物依次进行洗涤、干燥、研磨及过筛处理，再对其进行煅烧，煅烧温度为1100℃，煅烧时间为6 h；在煅烧结束后获得含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末；
步骤五：对含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末依次进行预压及压强为400MPa下冷等静压成型，然后通过高温无压烧结方式对冷等静压成型后得到的成型物进行高温无压烧结，再对高温无压烧结后得到的烧结体退火处理，本实施例中高温无压烧结为真空烧结，工艺条件为：真空度为10-2 Pa，烧结温度为1750℃，烧结时间为24h；烧结体的退火温度为1600℃，退火气氛为氧气；最后对退火后的样品机械加工，获得氧化铒透明陶瓷。
实施例7
本实施例提出的一种氧化铒透明陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一：将钼酸铵直接溶于去离子水配制浓度为1×10-5mol/L的钼酸铵溶液；配制浓度为0.03mol/L的硝酸铒母盐溶液；将硫酸铵直接溶于去离子水配制浓度为0.05mol/L的硫酸铵溶液；
步骤二：在0℃的温度下，将步骤一配制的硝酸铒溶液搅拌均匀，然后以3mL/min的速度将钼酸铵溶液逐滴滴加到母盐溶液中，并边滴加边搅拌硝酸铒母盐溶液，产生钼酸铒，其中，钼酸铵的加入量占硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量的0.03%；再以6mL/min的速度将1mol/L的氨水滴入母盐中，并使滴定终点的pH值为9.5，在滴定结束后继续陈化12h，在陈化结束后，获得白色沉淀；钼酸铵、氨水的加入速度均用分液漏斗控制；
步骤三：对白色沉淀进行过滤洗涤，获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物，再将该化合物加入到步骤一配制的硫酸铵溶液中浸泡1h进行离子交换；硫酸铵的加入量以硫酸铵中硫酸根与硝酸铒母盐溶液中铒离子的摩尔比计量，即SO4 2-: Er3+=0.25:1；
步骤四：对离子交换产物依次进行洗涤、干燥、研磨及过筛处理，再对其进行煅烧，煅烧温度为1150℃，煅烧时间为3 h；
在煅烧结束后获得含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末；
步骤五：对含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末依次进行预压及压强为100MPa下冷等静压成型，然后通过高温无压烧结方式对冷等静压成型后得到的成型物进行高温无压烧结，再对高温无压烧结后得到的烧结体退火处理，本实施例的高温无压烧结为真空烧结，工艺条件为：真空度为10-3 Pa，烧结温度为1850℃，烧结时间为6h；烧结体的退火温度为1300℃，退火气氛为空气；最后对退火后的样品机械加工，获得氧化铒透明陶瓷。
图1给出了实施例1的制备方法制备过程中得到的氧化铒前躯体的X射线衍射（XRD）图谱。图1中横坐标degree表示扫描角度，纵坐标Intensity表示强度。从图1可以看出，氧化铒前躯体呈现出稀土层状化合物的结构特征，衍射峰较为弥散这是由于层状化合物纳米片较薄造成的。图2给出了实施例1的制备方法制备过程中得到的氧化铒陶瓷烧结体的X射线衍射（XRD）图谱。图1中横坐标degree表示扫描角度，纵坐标Intensity表示强度。从图2可以看出，陶瓷烧结体呈现出纯相氧化铒的结构特征，衍射峰尖锐，晶体性好。实施例2-实施例7的XRD衍射图谱与实施例1基本相同。图3给出了实施例2的制备方法制备得到的氧化铒透明陶瓷经打磨和抛光处理后得到的1.3mm厚的抛光样品的照片；图4给出了实施例3的制备方法制备得到的氧化铒透明陶瓷经打磨和抛光处理后得到的1.3mm厚的抛光样品的照片；图5给出了实施例4的制备方法制备得到的氧化铒透明陶瓷经打磨和抛光处理后得到的1.3mm厚的抛光样品的照片。从图3中可以看出，当1.3mm厚的抛光样品放在有文字的纸上时，可透过抛光样品读出文字，清晰度高；从图4中可以看出，当1.3mm厚的抛光样品放在有文字的纸上时，可透过抛光样品读出文字，清晰度较高；从图5中可以看出，当1.3mm厚的抛光样品放在有文字的纸上时，可透过抛光样品读出文字，但清晰度较低。分析图3、图4、图5可以得出，实施例2～实施例4的制备方法各自所制备得到的氧化铒透明陶瓷样品拥有不同的清晰度，这也反映了其光学透过率不同，主要源自陶瓷氧化物粉末烧结活性的差异，这与在不同的液相合成工艺的条件下所制备出的前躯体的性质的差异有关；另外，添加剂含量、坯体的成型条件与烧结方式和烧结工艺条件等的不同也是导致透过率差异的因素。
图6给出了实施例2的制备方法制备过程中氧化铒纳米粉末的扫描电镜形貌。由电镜照片可知，氧化铒纳米粉末较细；经检测该氧化铒纳米粉末平均粒度为25 nm。从图6中可以看出，制备过程中得到的氧化铒纳米粉末并未产生硬团聚现象。
图7给出了实施例2的制备方法制备得到的氧化铒透明陶瓷经打磨和抛光处理后得到的1.3mm厚的抛光样品的透过率曲线。图7中横坐标Wavelength表示波长，纵坐标Transmittance表示透过率。从图7中可以看出，1.3mm厚的抛光样品在可见光区的透过率曲线上有较多吸收带，是由铒离子f-f电子跃迁引起的；其直线透过率高，接近80%。
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种氧化铒透明陶瓷的制备方法，其特征是：
包括以下步骤：
(1)钼酸铒添加剂的制备
在0℃～25℃的温度下，将钼酸铵溶液滴加到浓度为0.03mol/L～0.20mol/L硝酸铒母盐溶液中，并搅拌硝酸铒母盐溶液，其中，钼酸铵的加入量以硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量计为0.1％～1×10-3％，产生钼酸铒添加剂；
(2)硝酸盐类铒基层状化合物的制备
在0℃～25℃的温度下，继续向生成钼酸铒添加剂的硝酸铒母盐溶液中滴加浓度为1mol/L的氨水，并使滴定终点的pH值为7.5～9.5，在滴加结束后，陈化0.5h～24h，得到大量白色沉淀；对白色沉淀进行过滤洗涤，获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物；
(3)制备含有钼酸铒烧结助剂的氧化铒纳米粉末
在0℃～25℃的温度下，再将步骤(2)获得的化合物加入到硫酸铵溶液中浸泡0.5h～24h进行离子交换；对离子交换产物依次经洗涤、干燥、研磨及过筛处理，再对其进行煅烧，获得含有钼酸铒烧结助剂的氧化铒纳米粉末；
(4)成型、无压烧结氧化铒透明陶瓷
对含有钼酸铒烧结助剂的氧化铒纳米粉末先预压、再冷等静压成型后，然后进行高温无压烧结，经退火处理和机械加工后，获得氧化铒透明陶瓷。
2.根据权利要求1所述的氧化铒透明陶瓷的制备方法，其特征是：步骤(1)中，硝酸铒母盐溶液配制时，将纯度≥99.95％氧化铒在过量硝酸溶液中溶解，然后蒸发浓缩，冷却后，得到硝酸铒溶液；或将纯度≥99.95％的硝酸铒溶于去离子水中，得到硝酸铒溶液。
3.根据权利要求1所述的氧化铒透明陶瓷的制备方法，其特征是：步骤(2)中，配制硝酸铒母盐溶液时，钼酸铵溶液的滴加速度为3mL/min，氨水的滴加速度为1mL/min～10mL/min。
4.根据权利要求1所述的氧化铒透明陶瓷的制备方法，其特征是：步骤(3)中，硫酸铵的加入量以硫酸铵中硫酸根与硝酸铒母盐溶液中铒离子的摩尔比计，SO4 2-:Er3+＝0.005:1～0.25:1。
5.根据权利要求1所述的氧化铒透明陶瓷的制备方法，其特征是：步骤(3)中，煅烧时，煅烧温度为950℃～1200℃，煅烧时间为1h～6h。
6.根据权利要求1所述的氧化铒透明陶瓷的制备方法，其特征是：步骤(4)中，冷等静压成型时，压强为100MPa～400MPa。
7.根据权利要求1所述的氧化铒透明陶瓷的制备方法，其特征是：步骤(4)中，高温无压烧结为真空烧结，真空度为10-2Pa～10-5Pa，烧结温度为1600℃～2000℃，烧结时间为2h～24h。
8.根据权利要求1所述的氧化铒透明陶瓷的制备方法，其特征是：步骤(4)中，高温无压烧结为气氛烧结，烧结气氛为氢气或氧气，烧结温度为1600℃～2000℃，烧结时间为1h～24h。
9.根据权利要求1所述的氧化铒透明陶瓷的制备方法，其特征是：步骤(4)中，烧结体的退火温度为1000℃～1600℃，退火气氛为氧气或空气。
10.根据权利要求1所述的氧化铒透明陶瓷的制备方法，其特征是：所述钼酸铵溶液浓度为1×10-5mol/L，硫酸铵溶液浓度为0.05mol/L。
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Denomination of invention: A Preparation Method of Erbium Oxide Transparent Ceramics

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