[发明专利]一种高密度铪酸镱透明陶瓷材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种高密度铪酸镱透明陶瓷材料及其制备方法，其包括制备前驱体粉末，制备素坯和制备铪酸镱透明陶瓷，其中，制备前驱体粉末是将氧化铪和氧化镱混合，经过球磨、干燥、研磨过筛后得到细化的粉末，将细化的粉末在900～1200℃下煅烧3～4h，得到混合粉；再降至室温后将混合粉进行同样的球磨、干燥、研磨过筛，再将得到的粉末在800～900℃下煅烧2～3h，最终得到均匀、烧结活性好的铪酸镱前驱体粉末；然后采用干压法结合冷等静压成型工艺，采用真空烧结工艺制备得到铪酸镱透明陶瓷。本发明制备得到铪酸镱透明陶瓷的透过率达79％，密度为9.81g/cmsupgt;3/supgt;，能够很好满足在辐照屏蔽窗口等长期服役的条件。

技术领域

本发明属于透明陶瓷的制备技术领域，具体涉及一种高密度铪酸镱透明陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

透明陶瓷(TransparentCeramic)是指通过陶瓷工艺制备而成的具备一定透光性的多晶陶瓷材料，又称为光学陶瓷。上世纪五十年代末，美国通用电气公司的技术员Cole成功制备出第一块半透明Al₂O₃陶瓷，打破了陶瓷不透明的传统观念，从此开辟出了一个陶瓷制备和应用的全新领域。

透明陶瓷因具有相对高密度、高强度、较高的有效原子序数、高折射率以及低声子能量，在光学透镜、闪烁器、，热障涂层、用于固定核废料中高活性放射性核素的基质、窗户材料、都受到了广泛的关注。目前已有如AlON、MgAlO₄、YAG、A₂B₂O₇等多种透明陶瓷被成功制备。

与单晶相比，透明陶瓷具有远低于单晶的制备温度，同时且拥有可媲美单晶的透过率；与玻璃材料相比，透明陶瓷具有硬度高，抗冲击，且耐高温等优点。同时，透明陶瓷可根据不同的应用场景进行相对应的设计，如：高浓度离子的均匀掺杂，实现对于不同应用场景的满足。此外，透明陶瓷还具有制备工艺简单，相对较短的制备周期等特点，有利于批量化生产。因此，透明陶瓷具有能作为新一代的无机透明材料的价值，可替代玻璃，单晶等材料，在军民领域，医学仪器，新型光源，激光电光和防护窗口等方面都具有应用前景。

透明陶瓷按照材料体系可以分为氧化物透明陶瓷(如Al₂O₃、MgO、Y₂O₃、Y₃Al₅O₁₂)、氟化物透明陶瓷(如CaF₂、MgF₂)、氮化物透明陶瓷(如AlN)、硫化物透明陶瓷(如ZnS)等。而按照材料性能可以将透明陶瓷分为透明激光陶瓷(如Dy：CaF₂、Nd：YAG)、透明闪烁陶瓷(如Gd₂O₂S：Ce)、透明铁电陶瓷(如PLZT、PZT)及红外透明陶瓷(如MgF₂、ZnS)。

对于各种不同材料透明陶瓷的制备而言，虽然其大体工艺与普通陶瓷的制备相似，都是采用“粉体制备→压制成型→陶瓷烧结”的工艺流程，但是由于透明陶瓷的性能随着反应温度和烧结过程的进行，其相变情况较为复杂，不同原料之间的制备工艺并不能轻易借鉴。这是因为各种原料粉体的晶型和晶粒的取向会有所不同，其会影响透明陶瓷的透光率，而制备工艺也同样会影响陶瓷的透光率，不同的制备工艺比如虽然仅仅在烧结温度上有差别，也会影响中间相和纯相的制备。

透明陶瓷一般需要采用高纯、超细的粉体原料，掺入尽可能少的添加剂以减少杂质第二相，同时对成型、烧结等工艺需进行严格控制，保证气孔和杂质充分排出，进而使陶瓷密度接近理论密度，才能制备出高透光率的透明陶瓷。