[发明专利]一种采用两步烧结制备氧化钇基透明陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用固相反应法制备氧化钇(Y₂O₃)基透明陶瓷的制备方法，尤其涉及一种采用两步烧结制备氧化钇基透明陶瓷的方法，更确切地说涉及一种以氧化锆(ZrO₂)为烧结助剂，采用两步烧结，随后进行热等静压后处理方式来制备具有透过率高、均匀性好的Y₂O₃基透明陶瓷，属于先进陶瓷领域。

背景技术

自1995年日本科学家Ikesue以固相反应烧结法实现Nd:YAG透明陶瓷的连续激光输出以来，激光陶瓷材料受到了广泛的关注，在改善陶瓷的光学质量和探索新的激光材料方面取得了巨大进步。三价镧系元素掺杂的Y₂O₃透明陶瓷是非常有前途的激光材料，具有耐火性好、稳定性好和在较宽的光谱范围内光学透过率高等优点。然而，由于Y₂O₃具有很高的熔点(2430℃)，立方相到六方相的相变温度为2350℃，单晶制造非常困难，而Y₂O₃透明陶瓷的制备则需要较低的烧结温度。另外，Y₂O₃的热导率是传统YAG材料的两倍左右，声子能量低，很好地解决了大功率激光输出的热效应问题，有利于激光能级向更高层次发展。

一般来说，通过热压烧结或加入烧结助剂氧化钍(ThO₂)，氧化铪(HfO₂)和氧化镧(La₂O₃)的常压烧结来制备Y₂O₃透明陶瓷。然而，这些烧结助剂大多价格昂贵且具有毒性。近年来，采用很多方法合成Y₂O₃纳米粉末并最终制备出透明陶瓷。这些方法大部分涉及到复杂的步骤并且需要在空气中暴露很长时间，可能会造成由于污染导致的透过率降低。

两步烧结法提供了一种制备致密纳米陶瓷的方法，两步烧结法是将试样首先加热到一个较高的温度，使体系获得一个足以发生晶界扩散的热力学驱动力；然后快速降温至某一较低温度继续保温，从而抑制晶界迁移，并利用晶界扩散作用使试样达到致密。后续采用热等静压处理，目前，国内外对热等静压(HIP)工艺的研究报道大多集中在金属及其合金方面，有关陶瓷HIP工艺的研究报道相对较少，试验研究的较多，生产应用的几乎没有，HIP烧结陶瓷的技术还不够成熟，缺乏相应的理论支持。HIP工艺能有效地消除陶瓷坯体中微小气孔，减少、缩小大气孔、愈合微裂纹等缺陷，大大提高了材料的综合性能。