[发明专利]一种可逆热致变色Cr:Al2

说明书

本发明公开了一种可逆热致变色Cr:Al₂O₃陶瓷材料的制备与应用，制备方法是首先按照所需Cr³⁺的掺杂浓度称量氧化铬粉体和氧化铝粉体，与无水乙醇、氧化锆磨球、烧结助剂一起放入尼龙PA罐中进行球磨混和，将制得的浆料干燥过筛后锻烧去除有机残余物，然后经过干压成型，再经过冷等静压得到素坯；素坯真空/还原气氛烧结；将烧制好的陶瓷置于马弗炉中热处理，随炉冷却至室温，经平面粗磨后即得到Cr:Al₂O₃陶瓷材料。本发明制得的Cr:Al₂O₃陶瓷的相成分为氧化铝纯相，在25～600℃温度范围内颜色变化可逆，可用于可逆热致变色传感器，适用于600℃以内的温度环境中的温度测量，原料来源广泛，制备工艺简单。

技术领域

本发明属于光学陶瓷材料、传感显示技术领域，具体涉及一种可逆热致变色 Cr:Al₂O₃陶瓷材料的制备与应用。

背景技术

晶体测量技术是一种“事后”的高温测量技术(高温过程后)，其功能是：一、检测设备温度是否超过了规定的阈值，二、监测设备温度是否达到规定的温值或温域。陶瓷多晶可以安装在设备的任何需要知道温度的位置，如：表面壳体，管道，泵体，阀门，空间狭小复杂表面的零部件等等，抗环境冲击能力强。因此陶瓷多晶温度测量应用前景非常广泛。

近年来，随着制备工艺的突破，多晶陶瓷作为温度测量传感器不仅具有与单晶相比拟的温度特性、光学质量、物理化学性能和光谱特性，而且具有显著的制备优势：(1)可制备大尺寸复杂形状块体、薄壁体、复合体，且形状容易控制；(2) 可掺杂浓度高且可以多种元素同时掺杂、光学均匀性好；(3)烧结温度相对较低，制备周期相对短，生产成本低，能够大规模生产。陶瓷同玻璃基质相比，具有如下材料优点：(1)热导率高，是玻璃材料的数倍，有利于降低热效应；(2)陶瓷的熔点远高于玻璃的软化点，能够承受更高的辐射功率；(3)杨氏模量相对较高，可以进行复杂机械加工。

目前已经商业化的多晶陶瓷的气孔率、均匀性和内部散射损耗等性能已经赶上或者优于同种化学组分的单晶商品。Al₂O₃陶瓷材料具有优异的机械性能和发光性能，掺杂Cr³⁺的Al₂O₃陶瓷材料是非常重要的一种固体激光材料，其在温度测量领域应用较少。主要原因在于高浓度Cr:Al₂O₃陶瓷的制备工艺还没有达到较高的水平。

发明内容

本发明的目的是提供一种可逆热致变色Cr:Al₂O₃陶瓷材料的制备方法，可掺杂高浓度的Cr³⁺，制得的陶瓷材料颜色变化可逆。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种可逆热致变色Cr:Al₂O₃陶瓷材料的制备方法，具体步骤是：

(1)按照所需Cr³⁺的掺杂浓度分别称量氧化铬粉体Cr₂O₃和氧化铝粉体 Al₂O₃，外加质量分数为1.0％～2.5％的正硅酸乙酯、质量分数为0.05％～0.1％的氧化镁、质量分数为0.5％～1.5％的氧化硼作为烧结助剂，与无水乙醇和氧化锆磨球一起放入尼龙PA球磨罐中进行行星式球磨混合，其中Cr³⁺的掺杂浓度为5 at.％～45at.％；

(2)将步骤(1)球磨后的混和浆料置于干燥箱中干燥，干燥后的混合粉体过80～250目筛，过筛3～6遍，然后在空气气氛下煅烧，以除去残留有机物；

(3)将步骤(2)煅烧后的混合粉体放入磨具中干压成型，采用轴向双向加压方式，压力为20～30MPa，保压时间30～60s；