[发明专利]Nd3+离子掺杂的Lu2O3透明激光陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Nd³⁺离子掺杂的Lu₂O₃透明激光陶瓷的制备方法，属稀土金属元素光学透明陶瓷制备工艺技术领域。

背景技术

随着光电子和信息探测技术的快速发展，透明陶瓷材料越来越显现出其独特的优点。透明陶瓷具有良好的力学、热学性能，出色的稳定性和耐腐蚀性能，又具有玻璃高度透明的光学性能。而大尺寸的单晶材料生长生产周期长，成本高，特别对于具有复杂掺杂状态的新型光功能材料，传统的晶体生长技术难以实现掺杂离子的高浓度和均匀分布，进而无法实现材料的光学性能优化。陶瓷纳米粉体制备技术和各种先进的致密化方法为制备光学级陶瓷激光材料提供了有效途径。透明陶瓷制备工艺简单，在低于Lu₂O₃材料熔点的温度(～2490℃)700℃的温度下即可获得高致密化透明陶瓷，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，这对材料的设计和光学性能的提高至关重要。日本学者报道，在特定组份下，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。

氧化镥(Lu₂O₃)具有极其优良的物理化学稳定性，无吸湿和潮解现象。Lu₂O₃价带和导带间能带间隙很宽(6.5ev)，作为光学材料基体可容纳许多激活剂离子如Nd³⁺，Yb³⁺，Tm³⁺，Eu³⁺等的发射能级。Lu₂O₃基体材料其热导率(12.5W/mk)比当前广泛使用的YAG基激光材料(11W/mk)略高，且在掺入发光离子后热导率基本不变具有高热导率(优于YAG基激光材料)、低热膨胀系数、低有效声子能量，通过掺入Nd³⁺离子或Yb³⁺离子可制备固体激光工作介质，用于高功率陶瓷激光器件。

综上所述，Lu₂O₃是一种极有前途的激光材料基质。然而Lu₂O₃熔点高达2490℃，采用提拉法生长含各种掺杂组分的单晶材料不仅工艺难实现，而且成本相当高。Lu₂O₃具有立方晶系结构，光学各向同性，可通过纳米晶技术和还原气氛无压烧结技术制备高度致密的激光陶瓷。因此研制氧化镥基透明陶瓷材料是这类材料获得应用的关键。而获得透明陶瓷材料的关键是先制备烧结活性高的纳米粉体，要求粉体颗粒尺寸小，粒度分布均匀，颗粒呈球形且分散性好。湿化学法共沉淀工艺是实现这一目标可行的方法之一。