[发明专利]透明多阳离子陶瓷及其制备方法

说明书

背景技术

本发明涉及制备多阳离子陶瓷的方法。本发明还涉及制备透明多阳离子陶瓷的方法。更具体而言，本发明涉及一种方法，该方法通过使用纳米粉和其增强的烧结能力来制备透明的而且在晶粒尺寸方面工程化的多阳离子陶瓷。

多阳离子陶瓷(尤其是透明多阳离子陶瓷)广泛应用在照明、医疗、工业、国家安全、和防御应用中。例如透明陶瓷闪烁器，如具有掺杂物的钇铝石榴石(YAG)被用于成像、非破坏性评估、和传感器。氧化铝、氧化钇、YAG、氮氧化铝、和铝酸镁尖晶石都是很好的用于照明、汽车、和苛刻环境窗户的备选物。因此，在生产这些透明陶瓷以及其它材料上已经作出了努力。对于许多这些应用，需要具有高的强度和机械加工性。

通常通过加压烧结微米和亚微米尺寸粉末制备透明陶瓷。通常，所需相的微米尺寸陶瓷粉末通过固态途径合成、压实、和烧结形成透明陶瓷制品。在高压烧结过程中限制或控制晶粒尺寸非常困难。或者，可以通过湿化学途径合成陶瓷纳米粉，随后进行压实和烧结。在这些两步骤加工方法中，控制晶粒生长非常困难，并且在获得致密的、细晶粒的陶瓷上仅获得有限的成功。

在单步骤方法中，由于和纳米粉相关的固有问题，因此在加工过程中在限制晶粒生长的同时实现相形成和烧结非常困难。一个这样的问题是纳米颗粒内纳米晶的强团聚问题。另一问题是由于纳米颗粒之间的静电排斥，纳米粉趋向于抗压实。这些效应导致在坯体中颗粒松散堆积、低密度和高多孔性。在单步骤方法中，得到致密压实甚至更具挑战性，因为为了能够对不同反应物同时进行表面改性，可能需要适当组合表面活性剂来得到均匀一致堆积的坯体。另一挑战是控制与纳米材料的提高的反应性相关的快速晶粒生长。通常使用晶粒生长抑制剂来克服这个问题，但是它们可能对于最终制品的光学和机械性能具有负面影响。另外，在烧结过程中气孔往往夹在纳米颗粒内，由此产生的陶瓷体具有高散射系数和差的机械性能。

现有技术中处理这些问题的方法仅取得有限的成功。因此需要一种通用和简单的处理技术来制备透明的而且在晶粒尺寸方面实现工程化的陶瓷。

发明内容

通过提供透明多阳离子陶瓷材料和用于在单步骤工艺中制备多阳离子陶瓷材料的方法，本发明满足了这些和其它需要。

因此，本发明的一个方面是提供一种制备多阳离子陶瓷材料的方法。该方法包括以下步骤：提供至少第一材料和第二材料，其中第一材料包含第一阳离子和第二材料包含第二阳离子，并且其中第一阳离子和第二阳离子互不相同，第一材料和第二材料每一都是纳米粉；形成包含第一材料和第二材料的混合物；由混合物形成坯体；并且形成包含第一阳离子和第二阳离子的致密多阳离子陶瓷材料，其中致密多阳离子陶瓷材料包括主相，该主相与第一材料和第二材料不同并且具有小于1微米的平均晶粒尺寸。

本发明的第二方面是提供制备包含多阳离子陶瓷材料的制品的方法。该方法包括以下步骤：提供至少第一材料和第二材料，其中第一材料包含第一阳离子，第二材料包含第二阳离子，其中第一阳离子和第二阳离子相互不相同，并且第一材料和第二材料每一都是纳米粉；形成包含第一材料、第二材料、至少一种分散剂和溶剂的浆料；混合该浆料以形成包含第一材料和第二材料的混合物；干燥该浆料以形成粉末；由粉末形成坯体；在受控压力下烧结该坯体以形成烧结体；和精加工该烧结体以形成制品，其中该制品包含含有第一阳离子和第二阳离子的主相，并且其中该主相与第一材料和第二材料不同并且具有小于1微米的平均晶粒尺寸。