[发明专利]水基流延成型制备钇铝石榴石基透明陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学透明陶瓷制备领域，具体涉及一种水基流延成型制备钇铝石榴石基透明陶瓷的方法。

背景技术

在激光器中，激光工作物质是产生激光的核心，其物理性质、光谱特征等在很大程度上决定着激光器的性能。固体激光材料则是固体激光器的关键，包括晶体、玻璃和陶瓷。激光陶瓷是具有良好光透过率并能够实现激光输出的新型光功能陶瓷材料。与激光晶体相比，激光陶瓷具有掺杂浓度高，掺杂均匀性好，合成温度低，制备周期短，生产成本低，质量可控性强，尺寸大，形状自由度大以及可以实现多层多功能激光器等优点；与激光玻璃相比，透明陶瓷具有单色性好，结构组成更理想，热导率高和可承受的辐射功率高等优点。激光陶瓷及用其制作的激光器在民用和军事领域具有良好的应用前景。目前，激光陶瓷的研发重点是掺钕钇铝石榴石（Nd:Y₃Al₅O₁₂，Nd:YAG）基激光陶瓷。然而，要实现高光学质量、高激光效率、高输出功率等要求，需要调控激光陶瓷的微观结构，降低工作时材料内部热场分布的不均匀性和热透镜效应，为提高光束质量创造条件。2008年，日本科学家A Ikesue提出了采用掺杂离子浓度梯度结构设计的思想，用于解决激光材料内热场分布的均匀性问题[A Ikesue, Y L Aung. Ceramic laser materials[J]. Nature Photonics, 2008, 2: 721-727.]。

流延成型可以制备致密度高、流延膜厚度可控、表面光滑平整的陶瓷坯体，将不同组分的流延膜叠层处理可以制备多层复合激光陶瓷。多层复合激光陶瓷不仅可以实现同一种掺杂离子的浓度梯度，还可以实现多种掺杂离子复合结构陶瓷；不仅能够进行掺杂离子的空间设计，还能够进行基质材料的空间设计。在国外，已经有学者尝试采用流延成型工艺制备稀土离子掺杂钇铝石榴石激光陶瓷。2008年，美国宾夕法尼亚州立大学的G. L. Messing等向美国国家专利局申请了专利[G L Messing, E R Kupp, S Lee, et al. Method for manufacture of transparent ceramics[P]. US patent, 7799267.]，详细介绍了非水基流延成型工艺在透明陶瓷中的应用技术，并相继发表了一些科研成果[S Lee, E R Kupp, A J Stevenson, et al. Hot isostatic pressing of transparent Nd:YAG ceramics. J Am Ceram Soc, 2009, 92(7): 1456–1463.]、[N Ter-Gabrielyan, L D Merkle, E R Kupp, et al. Efficient resonantly pumped tape cast composite ceramic Er:YAG laser at 1645nm. Opt Lett, 2010, 35(7): 922-924.]、[E R Kupp, G L Messing, J M Anderson, et al. Co-casting and optical characteristics of transparent segmented composite Er:YAG laser ceramics. J Mater Res, 2010, 25(3): 476-483.]。

但是，随着环保意识的增强，同时要维护工作人员的健康，非水基流延成型工艺中溶剂的危害性逐渐被人们所认识，非水基流延工艺逐渐被健康、环保的水基流延成型工艺所取代。水基流延成型以其无毒、环保、成本低等特点受到国内外科研和生产单位的重视。

CN 101698602A公开的一种氧化钇基透明陶瓷的制备方法，其利用水基或有机基溶剂流延制备氧化钇基流延薄膜，将叠层后的流延膜进行冷等静压处理，经脱粘处理后再次进行冷等静压处理，最后对经二次冷等静压处理的样品进行真空烧结。然而该公开的方法需要对制备的流延薄膜进行二次等冷静压处理以增加陶瓷素坯的密度。

发明内容

面对现有技术存在的上述问题，本发明人认为可在叠层处理时边加热边加压，然后经一次冷静压处理即可获得致密的满足透明陶瓷要求的坯体。