（材料学专业论文）y2o3和yag纳米粉及yag透明陶瓷的制备.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 y 2 0 3 $ 口y a g 纳米粉及y a g 透明陶瓷的制备 摘要 透明多晶钇铝石榴石( y a g ) 陶瓷与其单晶材料相比，可以实现大尺寸激光 晶体，高掺杂浓度，成本低，在高功率全固态激光器中有着巨大的应用价值。 本文采用廉价的无机盐y ( n 0 3 ) 3 和n h 4 h c 0 3 为原料，合成了y 2 0 3 超微粉， 并采用固相反应法制备出透明性良好的y a g 透明陶瓷。 沉淀法制备y 2 0 3 粉体的过程中，从滴定方式、时效、干燥温度、煅烧温度、 清洗等方面进行了研究。正向滴定的样品密度大于反向滴定的。时效时间对烧结 产物的密度影响显著，y 2 0 3 的密度随时效时间的增加而增大。y 2 0 3 的密度随干燥 温度提高而增大。1 1 0 0 。c 煅烧比1 0 0 0 。c 煅烧的y 2 0 3 陶瓷的密度大。( n h 4 ) 2 s 0 4 的添 加有利于制得高性能y 2 0 3 粉体。清洗剂不加硫酸铵，y 2 0 3 的密度只达至1 j 9 6 7 8 ， 加入0 0 5 m a s s 硫酸铵清洗先驱物一次后，y 2 0 3 的密度达至1 1 9 9 。0 1 。清洗剂中加 入硫酸铵好于加入氟化铵。y 2 0 3 的密度随清洗剂的p h 值增加而增大。可见，清洗 先驱物时，清洗剂的种类、浓度和清洗方法对y 2 0 3 烧结体的密度影响很大。 分别以自制的和市售的y 2 0 3 纳米粉体和市售的a 12 0 3 粉体为原料，采用固相反 应法合成y a g 粉体。固相反应温度增大，y a g 陶瓷的密度减小。相同固相反应温 度下，y a g 陶瓷的密度随一次预烧温度的升高而增大。1 0 0 0 固相反应，1 3 0 0 、 1 4 0 0 预烧，1 7 0 0 烧结得到透明的y a g 陶瓷。 二次预烧时y a g 的密度随预烧温度的升高而先增大后减小，1 4 0 0 c 二次预烧 的样品密度最大；二次预烧的样品密度明显高于预烧一次的。加入添加剂t e o s 后y a g 的密度明显提高，随着t e o s 的量的增加，y a g 的密度先增大后减小，加入 0 5 m a s s t e o s 时密度最大。1 0 0 0 固相反应，加入0 5 m a s s 、1 0 m a s s 的t e o s 二次预烧，烧结得到透明的y a g 陶瓷。 自制的氧化钇和氧化铝固相反应，加入3 m a s s 的一a 1 2 0 3 籽晶使得y a g 相形成温度下降约1 0 0 。c ，y a g 陶瓷的密度提高。不加籽晶时，1 2 0 0 。c 固相反应 得到的样品密度大于1 3 0 0 固相反应的。采用涂覆的方式加入z n o 和c a o 做添 加剂对烧结体的致密化是不利的，这与添加剂不能得到充分的分散有关。z n o 含 量增加，y a g 密度先增大后减小，加入0 5 m a s s z n o 时密度最大。相反，随c a o 含量增加，y a g 密度先减小后增大，加入o 5 m a s s c a o 时密度最小。 关键词：y 2 0 3y a g 透明陶瓷纳米粉沉淀法固相反应法烧结 i i 东北火举硕士学饿论文a b s t r a c t s y n t h e s i so f y t t r i aa n dy a g n a n o p o w d e r sa n d f a b r i c a t i o no fy a g t r a n s p a r e n tc e r a m i c s a b s t r a c t t r a n s p a r e n tp o l y c r y s t a l l i n ey a gc e r a m i c sa r el o wc o s la n d c a l lb eh i g h l yd o p e dw i t l ln d a n dp o s s i b l ef o rl a g es i z el a s e rc r y s t a l 。i ti sap r o m i s i n gc e r a m i cf o rh i g hp o w e rl a s e rh o s t m a t e r i a l s ， i nt h i sd i s s e r t a t i o n , u l t r a t i n ey 2 0 3p o w d e rw e r es y n t h e s i z e df r o mt o w - c o s ti n o r g a n i cs a l t s y ( n 0 3 ) 3a n dn h 4 h c 0 3 ，a n dt r a n s p a r e n ty a g c e r a m i c sw e r ef a b r i c a t e dt h r o u g hs o l i ds t a t e r e a c t i o n d u r i n gt h es y n t h e s i z eo fy 2 0 3p r e c i p i t a t i o np r e c u r s o r sb yap r e c i 瘿t a t i o nm e t h o d , a d j u s t e dd i f f e r e n td r i p p i n gm e t h o d ，a g i n g ，d r y n e s st e m p e r a t u r e ，c a l c i n a t i o nt e m p e r a t u r ea n d w a s h i n gc o n d i t i o n s i tw a sf o u n dt h a tn o r m a ls t r i k i n gm e t h o di sb e 戗e rt h a nr e v e r s e ，a n da g i n g t i m eh a sad r a m a t i ce f f e c to nt h ed e n s i t yo fy 2 0 3c e r a m i c s ，l o n g e ra g i n gt i m ea n dh i g h e r d e n s i t y a st h ed r y n e s st e m p e r a t u r eg r o wh i g h e r , d e n s i t yo fy 2 0 3c e r a m i c sg r o w h i g h e r ，c a l c i n e dt h ep r e c u r s o r s 采ll o e i sb e t t e rt h a n 0 0 e 。a d d i n gas m a l la r a o u n to f ( n h 4 h s 0 4c a ni m p r o v et h er e a c t i v i t yo fy 2 0 3p o w d e r b ya p p l y i n gad i s t i l l e dw a t e r 州t l l o 。0 5 m a s s ( r 峨h s 0 4w a s h e dt h ep r e c u r s o r so n c e ，d e n s i t yo fy 2 0 3i s9 9 。0 1 , b u tw i t h o u t ( n i 4 ) 2 s 0 4 ，d e n s i t yj u s t9 6 ，7 8 a d d ( n h 4 h s 0 4i n t ot h ew a s h i n gw a t e ri sb e t t e rt h a na d d n h 4 e c h a n g et h ep hv a l u eo fw a s h i n gw a t e r ，d e n s i t yo fy 2 0 3i sg r o wh i g h e rw i t hh i g h e rp h v a l u e 。 t r a n s p a r e n tv a oc e r a m i c sw e r ef a b r i c a t e db yas o l i d s t a t er e a c t i o nm e t h o df r o ma s e l f - m a d e 玛国p o w d e r ，8c o m m e r c i a l 廷绣p o w d e ra n dac o m m e r c i a la 1 2 0 3p o w d e r a n d h i g h e rs o l i d - s t a t er e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，s m a l l e rd e n s i t yo fy a g w h e nr e a c t e da tt h es a m e s o f i d s t a t er e a c t i o nt e m p e r a t u r ea n dc a l c i n e dt h eg r l 弛l lb o d yo n c e ，h i g h e rc a l c i n a t i o n t e m p e r a t u r eh i g h e rd e n s i t y t h ey a gc e r a m i c ss o f i d - s t a 姆r e a c t e d 舔1 0 0 0 。c , c a l c i n a t i o n 稚 1 3 0 0 o r1 4 0 0 s i n t e r e da t1 7 0 0 a r et r a n s p a r e n t c a l c i n a t i o nt h eg r e e nb o d yt w i c ei sb e t t e rt h a no l l e e w h e nc a l c i n e dt h eg r e e nb o d y t w i c e ，a st h ec a l c i n a t i o n st e m p e r a t u r eg r o w , d e n s i t yo f y a gi sg r o w h i g h e rb e f o r e1 4 0 0 c ，a n d b e c o m es m a l l e ra f t e r1 4 0 0 a d dt e o sc a ni l t t p r o v et h ed e n s i t yo fy a g a st h ea m o u n to f t e o sg r o wa n dn o tr e a c h 臻。5 m a s s d e n s i t yo fy a gi si n c r e a s e , b u ti f t h ea m o u n to f t e o si s i i i 东北大学硕士学 盎论定a b s t r a c t m o r et h a n0 5 m a s s d e n s i t yo fy a gi sd e c r e a s e t r a n s p a r e n ty a gc e r a m i c sw e r ef a b r i c a t e d b ys o l i d - s t a t er e a c t e da t1 0 0 0 * ca n da m o u n t o f t e o si s0 。5 m a s s o r1 0 m a i s s as e l f - m a d ey 2 0 3p o w d e ra n dac o m m e r c i a la 1 2 0 3p o w d e rs o l i d * s t a t er e a c t e da n d1 2 0 0 ( 2 r e a c t i o ni sb e t t e rt h a n1 3 0 0 t h ef o r m a t i o nt e m p e m a t r eo fy a gp h a s ec a l lb er e d u c e db y l b y t h ea d d i t i o no f 3 m a s s a - a 1 2 0 3s e e dc r y s t a l s a d dz n oa n dc a oi n t oy a gb yp a i n t m e t h o dc a l ln o tg e tt r a n s p a r e n ty a qb e c a u s eo ft h eb a dd i s p e r s eo fz n oa n dc a o a st h e z n o m a s s i n c r e a s e ，d e n s i t yo fy a gg r o w , o 5 m a s s i sm a x ，m o r et h a n0 5 m a s s d e n s i t y d e c r e a s e d b u ta st h ec a o m a s s i n c r e a s e ，d e n s i t yo fy a gr e d u c e ，0 5 m a s s i sm i n , m o r et h a n o 5 m a s s d e n s i t yi n c r e a s e d ， k e y w o r d s ：y 2 0 3 y a g t r a n s p a r e n t c e r a m i c sn a n o p o w d e r sp r e c i p i t a t i o nm e t h o d s o l i d s t a t er e a c t i o nm e t h o ds i n t e r i n g 1 v 东北大学硕士学位论文声明 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除翔以标注和致谢的缝方外，不包含其他入己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获彳导其他学位丽使用过的材料。 与我同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：鲰露露 曰 期：o 口磁工。工。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了鳃东北大学有关保留、使用学 链论文的觏定：郢学校有权保留并向国家有关部门或祝构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据瘁进行裣索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不阀意。) 学往论文作者签名：导师签名： 签字日期：签字日期： 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 透明陶瓷材料( t r a n s p a r e n tc e r a m i c s ) 是本世纪5 0 年代出现的。随着光电孑和信息 探测技术的快速发展，需鬻有大量高性能的光学功能材料来提供关键的物质基础。由于 先进无枫树料镱l 各方法的不断进步帮剑蹶，透明陶瓷树料越来越驻现出其独特的优点， 发震势头十分迅猛。透赘陶瓷毒手糕兼青随瓷耢辩露蠢静辩离瀑、瓣寤疆、离绝缘、离强 度的特性，叉具有像玻璃一样的光学饿能。这就决定了这种材料w 以在恶劣的环境中来 代替玻璃。遴明陶瓷作为种划时代的新材料引起了世界的注视，有广泛的用途和发展 l 蓼景，是耪瓣科学发展鹣一痉里程磷，弓l 起了蔌榜辩躲技术摹愈。 1 1 透明陶瓷材料 透窝鹅瓷耪辩嚣懿述没有确韬豹惫义，一些学鬻这祥豹裰瑟宅珏】：秃税粉寒经过烧 结成陶瓷磁艇有一定的透明度，当l n u n 厚的经抛光的材料放在肖文字的纸上时，可透 过材料看到掌，面其透光率大于4 0 ，就可以称其为透明陶瓷。 氧化秘辫瓷是将金属氧化秘为主的羚寒压制成燮，救在赛瀣炉孛烧结嚣成瓣，晦瓷 材料静徽躐缩构有一个焚弼盼特点：含有大量的细小稳晶粒，晶粮之闻有玻璃状的物质 和气孔1 2 l 。阿于晶界，杂质，气孔的存在，光线进入陶瓷后，使光线散射或被吸收，这 种陶瓷是不透明的，然而邂明陶瓷的出现，却打破了人们对陶瓷材料的这种观点。 透瑗孵瓷嚣l 备工艺熬摹，残本较摄，可以在大大低手爨辩熔杰茨湿发下巍黢褰致密 度光学材料的制备，工麓所需时闽远低于提拉晶体所需时间，易予实现批量纯低成本生 产。特别悬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，避免由于晶体 生长工艺限制所造成的掺杂浓度低、分布不均匀的状况，这对材料发光性能的提高至关 重要。在一愆馕琵下透骥鬻瓷夔瞧戆激经这至或越j 霪攀鑫毒孝瓣，程鎏在一些特定绥会逐 步替代单醅光学材料。 1 2 透明陶瓷的发明和应用 1 9 5 5 颦，通用电器研究所，在j e b u r k e 的领爵下，研究化举性能和机械性能优于 二氧化硅，鼠更耐高温的邂光材料时疑现，陶瓷中的微小气孔使陶瓷里白色不透明，减 少凌溃簸残蘩气魏，毒霹辘使建瓷这瓣透甥键。镌馁对这令瑷像遴行了热下瓣说明：麓 使气孔消失，必须有外米的原子进入气孔，原子来自晶体内会留下空洞，必须来源子晶 体表面，晶粒表面。于怒，按扩散机瑷，原子迁移时，随着气孔与晶粒距离的增加，扩 散路径也热长。同时发现，原料氧化镪粉末的粒度分布越宽，越褰易弓l 起晶粒髯常长大， 有碍赛密发纯烧结，箍零l 入一些添热裁嬲会显著豹瓣稍磊秀翡移动。1 9 5 9 年美嚣逶翅电 器公司发袋了透光性的氯化铝陶瓷【3 】，从而打破了陶瓷不透明的概念。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 透明氧化铝的烧结成功，对其他的透明陶瓷的高温合成具商重要的方法论意义。以 毙恣开端，磷究入员先磊磷潮了氧纯镁，氧仡钇，氧仡锫，羲纯镀等氧仡物透明陶瓷。 此臌，又出现了y a g ，氧化铝镁的化会陶瓷。 随着电予学和光电子学的发展，要求用做光学材料的新型陶瓷皮具有如下特点：除 能透过可觅光外，还需其备优良的耐热性、低膨胀性锌；在光照射下，箕性质能发生可 遂鼓不可邀交佳，激逶应记象、复窜、显示等要求；罴各毙的擎色懿、调稍缝、镶转程 等特殊性能，或在光、电、声、磁等馋用f 能发生一嫂物理效殿等 3 1 。 目前，光学陶瓷在计算机技术、缎外搜术、空间技术、原予能工业以及现代光源等 许多领域都褥到了广泛瀚应翔。遴嘲鬻瓷霹用 睾高压铺光灯发光管、光学仪器( 透镜、 离淤显微镶拱凝、红步 光学元 串或霆日姥燃) 、存螓装嚣款微波基片秘集成电路叛，瞧霹 用于微波窗口、微波整流罩。其优良的介电性能使它在点绝缘及电缆材料方面也得歪4 应 用。具有超硬耐磨特性的透明陶瓷也可用于精密仪器、仪寝材料和轴承等耐磨材料。耐 寒瀑、瓣疼饿翡逶爨爨瓷还鬻簸纯工窝压釜或管遭熬鼹察寤西l 。 1 3 几种透明陶瓷及其制备方法 1 3 1 氧化锅透明陶瓷及其制备方法 氧铯镪透礴鬻瓷程毫翔遮鞠多鑫体耢辩孛占眷瀵要静遗像。因兔畿纯铝隗瓷舆有嵩 透明性和机械性能，并且原料翁得，价格低廉。透明氧化铝陶瓷的最大的特点魑对可见 浇秘红多 滗赛蠡妊的潦过佳，茈夕 ，蒸京瘫滠强发大，瓣热落好， | 重衡饿性强麴特点。 裔予耐强碱翻氨氟靛瀚侵蚀，西汉用散熔制玻璃的掰塥及一些场合下代镑坩埚。潮于镌 邋过红外光，可用徽缎外检测键材料和钠灯管材料。此外，电予工业中用做集成嘏路的 熬片帮嵩频绝缘毒孝糕，戳及耀散缝梅辫鹅簿瞳潦骥氧凭镪掰瓷粒一个灏应月燕傲牙瓣 上的支撑粲。从视激上看他们蹴金属支撵絮更好。掰氧化锱邂明陶瓷制作的绝缘予和各 种工作予腐蚀介质和麓温条件下的零件怒极有翦煨的材料。弦耐磨性，波霹光港发积耐 壤蚀食葳律溺稳定橼穷嚣挺惑羹褰要戎静缓会，瞧可默应翅遴骥氧豫镪瓣瓷鞠。9 1 5 襞 化铝陶瓷具有优异的电性能、热性能、机械性能及麓它优越纳物化性能，因而广泛用于 魄予、电力、机械、纯工及离科技等领躐，特别怒魄力系统大爨采用9 5 氧怩锅爨瓷俸 囊空秀美游篱麦瓣络橼榜瓣。 生产遴明氧化锅陶瓷需要采用超细的初始原料，氧化锅的粒径为1 0 0 5 0 0 n m 。氧 他铝可鼓采溺氢氧化锻藏各释镪藏经煅烧获得。蠢文献掇邋了热解番释镪盐，铡懿虢酸 铬镶，硝簸镱，硫酸锈东诬貔采获褥氧纯锯。除了辩麓于翻备透暖陶瓷鹣氧纯韬程缝度 方面的要求之外，在晶粒形状方顾也提出了一定的要求，其颗粒形状：i 臆乎球形。 在戴纯锻透明隗瓷豹生产孛，氧纯锫原糕采瘸懿缝度静裁纯锯耱( 缝发太子9 9 。梦) o 通常是用硫酸铝铵来分解制备。丽作为烧结助剂豹氧化镁燕以硝酸镁的形式加入硫酸铝 东北尢学硕士学位论文 第一章绪论 透明氧化铝的烧结成功，对其他的透明陶瓷的高温合成具有重要的方法论意义。以 此为开端，研究人员先后研制了氧化镁。氧化钇。氯化锆，氧化铍等氧化物透明陶瓷。 此后，叉出现了y a g ，氧化铝镁的化台陶瓷。 随着电子学和光电子学的发展，要求用做光学材料的新型陶瓷应具有如下特点：除 能透过可见光外，还需具备优良的耐热性、低膨胀性等；在光照射下，其性质能发生可 逆或不可逆变化，以适应记录、复印、显示等要求；具备光的单色性、调制性、偏转性 等特殊性能，或在光、电、声、磁等作用下能发生一些物理效应等【3 。 目前，光学陶瓷在计算机技术、红外技术、空间技术、原子能工业以及现代光源等 许多领域都得到了广泛的应用。透明陶瓷可用作高压钠光灯发光管、光学仪器( 透镜、 高温显微镜材料、红外光学元件或窗口材料) 、存储装置的微波基片和集成电路板，电可 用于微波窗口、微波接流罩。其优良的介电性能使它在点绝缘及电缆材制方面也得到应 用，具有超硬耐磨特性的透明陶瓷也可用于精密仪器、仪表材料和轴承等耐磨材料。耐 高温、耐腐蚀的透明陶瓷还可做化工高压爷或管道的观察窗口h d 。 1 3 几种透明陶瓷及其制备方法 1 3 1 氧化铝透明陶瓷及其制备方法 氧化铝透明陶瓷在已知透明多晶体材料中占有重要的地位。因为氧化铝陶瓷具有高 透明性和机械性能，并且原料易得，价格低廉。透明氧化铝陶瓷的最大的特点是对可见 光和红外光有良好的透过性，此外，具有高温强度大，耐热性好，耐腐蚀j f 生强的特点。 由于耐强碱和氢氟酸的侵蚀，可以用做熔制玻璃的坩埚及一些场合下代替坩埚。由于能 透过红外光，可用做红外检损l 窗材料和钠灯管材料。此外，电子工业中用做集成电路的 基片和高频绝缘材料，以及用做结构材料等1 5 1 。透明氧化铝陶瓷的一个新应用是做牙科 上的支撑架。从视觉上看他们比金属支撑架更好。用氧化铝透明陶瓷制作的绝缘子和各 种工作于腐蚀介质和高温条件下的零件是极有前景的材料。在耐磨性，表面光洁度和耐 腐蚀介质作用稳定性方面提出更高要求的场合，也可以应用透明氧化铝陶瓷。9 5 氧 化铝陶瓷具有优异的电性能、热性能、机械性能及其它优越的物化性能，因而广泛用于 电子、电力、机械、化工及高科技等领域，特别是电力系统大量采用9 5 氧化铝陶瓷作 真空开关管管壳的结构材料。 生产透明氧化铝陶瓷需要采用超细的初始原料，氧化铝的粒径为1 0 0 5 0 0 n m 氧 化铝可以采用氢氧化铝或各种铝盐经煅烧获得。有文献报道了热解各种铝盐，例如硫酸 铝铵，硝酸铝，硫酸铝水化物来获得氧化铝。除了对用于制备透明陶瓷的氧化铝在纯度 方面的要求之外，在晶粒形状方面也提出了一定的要求，其颗粒形状近于球形。 在氧化铝透明陶瓷的生产中，氧化铝原料采用高纯度的氧化铝粉( 纯度大于9 9 9 ) 。 通常是用硫酸铝铵来分解制备。而作为烧结助剂的氧化镁是以硝酸镁的形式加入硫酸铝 通常是用硫酸铝铵来分解制备。而作为烧结助剂的氧化镁是以硝酸镁的形式加入硫酸铝 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 铵中共同加热分解，这样可以获得均匀的分布，活性较大的氧化镁。烧结添加剂除采用 戴毙镁之处，还露浚鼹蒸宅氧证兹袋蒸它氧铯勃与戴晓镁褶缝会懿菱台添麓裁。鲡 l a 2 0 3 ：z r 0 2 ：0 1 o 5 戡0 3 和0 5 5 1 0 m g o 或0 1 o 4 n i o 锦。l a 2 0 3 和z r 0 2 等氧 化物添加剂与氧化镁相比具有较宽的浓庶范围，在此浓度范围内，最大透光率仍然能保 持不变【7 1 。 氧位镁透鞠鬻瓷豹烧缡是在氢气载囊空懿条俘下，在1 7 0 0 1 9 0 0 下筑缀，美国 l u c a l o x 透明氧化铝陶瓷，采用二次烧结法，将含有o 5 氧化镁的氧化铝粉成趟后，先 在1 0 0 0 1 7 0 0 的氧气气氛中烧结l 小时，然后襁真空或氨气中于1 7 0 0 1 9 5 0 下烧 绩，如果采耀热等静匿制备蛇氧亿铝遴嘲陶瓷，其谯戆会更好l 懿。 李江等翻，玖温纯学法翻备鹣缡米旺一a 王2 0 3 狯俸作为添麴潮，m g o 霸s i 0 2 兔浇结 助剂，对商用7 - - a h 0 3 粉体预处理后，采用无压烧结工艺，有效的降低了烧缩温度。 在1 4 5 0 c 制备了高性能的氧化铝陶瓷。 一般寒瀵，氧纯铝透骥晦瓷霹激逡避光线，毽邋过它不饕潺与它毒一定鞭囊的景 物，不能用予要求清晰成糖的场合。w h r h o d e s 等髑热锻的方法制备了赢透巍率的氧化 铝陶瓷。这种陶瓷在5 5 0 n m 波长时的遴光率为7 7 ，而理论透光率也不过为8 5 2 ( 扣 除了光线通过两个面约1 5 的反射损失) ，通过它研以看清楚远她的景物。这是由于热 锻辫瓷孛鹣戴纯镁鑫粒骞较蹇程瘦懿淤e 籀方彝弱辑谯取窝驻啦。 1 3 2m g o 透明陶瓷及熊制备方法 m g o 嘲瓷是光学备张同性钵，箕遮光性高子a 1 2 0 3 系透明辫浚。它其有较搿的熔点， 较小的真密腱，高的线膨胀系数，良好的抗碱金属熔体腐蚀的稳定性等。在工业和军事 上都有着广溅的应用前景。 m g o 豹熔点为2 8 0 0 ，帮建在熔燕黻下蒸气爨纛缀亵，容荔秀华，爨菝烧结嚣赡。 要想实现冀密度烧结，必须采用专门的加压烧结或采用n a f 、n h 4 f 、r - i f 等低熔点添如 物的液相烧结，或者采用两者并用的肖法。由于m g o 挥发性大，所以在大多数情况下 露备其透明陶瓷主要通过热压法，也有用烧结法的。m i l e s 指出，m g o 透职陶激怒在2 8 7 e 轰露珏基力秘1 4 2 0 1 8 7 0 筏下熬嚣键备，著摆遗1 4 2 0 1 8 7 暇滋痍莛銎嚣3 。5 1 4 m p a 压力下制备m g o 透明陶浇是不可能的1 4 6 川。 近来，采用湿化学法，控制反应过程中的温度及p h 值等，制备了具有良好烧结性 艇的m g o 粉体，劳在l 5 下烧缝2 小时，不用镁秘添如裁，露i 备了m 9 0 潺嚷陶瓷。 1 3 3y 2 0 3 透明陶瓷疑其制备方法 蓑纯钇麴瓷是疆蹇缝氧纯钇( 鞭) 为蘸辩，势添麴8 蹦l 鲰。弼羽睡0 2 京笺襞缕 中予2 0 0 0 c 以上高温烧成透明多晶体，也可在添加l i f 和t h 0 2 后于1 3 0 0 1 5 0 0 和 东北大学硕士擎位论文 第一帝绪论 3 5 5 0 m p a 压力下真空热压烧结。其熔点大于2 4 0 0 ( 2 ，介电常数为1 2 1 4 ，透明性好， 即使在远红外区仍有约8 0 的直线透过零，是优良的离温红外材料鞍电子材料。燕耍餍 予经终导弹熬霭嚣程整流攀，天线攀，徽波萋叛，缝缘支蔡，盔羚发釜器警壳，缝步 透 镜及其他高温甯等。与a 1 2 0 3 相比，y 2 0 3 的结构类型、较高的熔点和耐腐蚀性使之能适 _ 陂比氧化铝陶瓷更苛刻的工作条件 1 2 , 1 3 。瓶化钇陶瓷具有优良的综禽性能，但这种陶瓷 的主要缺点是热稳定性较菱。逶鬻，y 2 。3 透明羯瓷采髑热压或在还窳惶气氛孛烧缝。 1 3 3 1 以b e o 作为添加荆的y 2 0 3 透明陶瓷 美晷专利3 8 7 3 6 5 7 1 4 胡，嗣本强立拣式会柱，g t o d a ，l m a 圭s u y a m a 帮y t s u k u d a 会绥 了一种用o 1 o 8 m o l 的b e o 作添加剂的y 2 0 3 基透明陶瓷材料。按照这一方法，高 纯的氧化钇被模压成所要的形状，以b e o 作为添加剂，并在高温下烧结。在较低的成型 隧力和娆结滠发下，易于剃樽透明度极查孑的多晶氧位髭烧结俸。 1 3 3 2y 2 0 3 - l a 2 0 3 透明陶瓷 美霆g t e 公甓戆w h r h o d e s 珏，1 6 l 翱褥了一释麓澄逶鞠戆毫密凌氧弦髭羞多磊薅( 美 阑专利4 ，1 1 5 ，1 3 4 ) 。这种多晶体主要憝由y 2 0 3 组成，并含有约6 1 4 m o l 的l a 2 0 3 ， l a 2 0 3 的含量墩好为8 1 0 m 0 1 此种材料称为l s y 陶瓷( l a n t h u ms t r e n g t h e n e dy t t r i a ) 。 1 3 3 。3 无添毅裁浇结y 2 0 3 避臻陶瓷戆方法 上述制备y 2 0 3 透明陶瓷的方法中，太都引入了一定量的添加剂，并且采用真空热 隳方法戴较袁熬烧结漫度。 美国陆军鄢的s k d u t t a 和g a g a z z a 提出了一耱方法珏1 “，他们将氧化钇粉末冷压 厢在石墨磨具中进行真空热压，在较短时间内制成了邂明的氧化钇材料，而不使用任何 添力剂( 美国专利3 ，8 7 8 ，2 8 0 ) ，在此种工艺下，1 5 0 0 c ，4 0 m p a 下烧结1 小时可烧成 y 2 0 3 透鹗薅瓷。鼷这秘方法热莲翱褥懿巍铯髭襻鑫怒究全透饔熬。麓这些样鑫黪淹学透 明度的测定表明，波长约为6 u m 的红外线有8 0 以上可轴向透射邋过样品。 此外，t s u k u d a 和m u t a 的实验表明，不使用添加剂，在2 2 7 0 c 下常压烧缩，可以 制备y 2 0 3 透龋陶瓷。 近来，跫零静一些磷巍人员遥过澎纯学法，势茎l 按镄漓定遂羧申麴p h 蘧释添翻其 他离子，以及控制时效过程等方法，合成了具有良好烧缩性能的y 2 0 3 粉，并且在低温 下烧成了y 2 0 3 透明体。 矮霍，羚姬东哺，戬y ( n 0 3 ) 3 帮n i - h h c 0 3 必凝艇，通过两y 0 q 0 3 ) 3 溶波孛滚热 n h 4 h c 0 3 翡穷式镱各了化学组成为y 2 ( c 0 3 ) 3 2 h 2 0 的先驱沉淀物e 先驱沉淀秘1 1 0 0 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 煅烧4h 后得到了平均粒径为6 0n m 的凭团聚y 2 0 3 超细粉体。所得粉体不添加侄何添 燕裁，在1 7 0 0 下囊空烧绫4 h 褥到了逑臻y 2 链爨瓷。 碳酸盐沉淀法原理 y 的碳酸热有两种形式，正盐y 2 ( c 0 3 ) 3 nh e o 和碱式盐y ( o h ) c 0 3 。生成何种沉 淀，取决于沉淀剂中所含离子的种类和浓度。研究表明州，先驱沉淀物失y 2 ( c 0 3 b 2h 2 0 辩，蔽烧产物y 2 0 3 粉俸翼枣魄y ( 随) c o s 碱式盐簸烧产携受驽豹烧结经藐。奁y 窿o s ) 3 中加入略过激的( n h 4 ) 2 c o s 即可得钇的碳酸盐沉淀。魇应如下： 2y ( n 0 3 ) 3 + 3 ( n h 4 ) 2 c 0 3 + nh 2 0 一y 2 ( c o s ) 3 * nh e o + 6 n h 4 n 0 3 + 3 c 0 2 ( 1 1 ) y ( o 均c 0 3 一般采用称之为均匀沉淀法的尿素强镑4 东解来到嚣【坶l ，将尿素水溶液趣 熬弼7 0 懿上蹿，茇生如下水勰反应： c o ( n h e ) 2 + 3 h e 0 2 n h 4 0 h + c 0 2 n f l 4 0 he ： n h 4 + + o h c 0 2 + h 2 0 姊h e c o s h e c 0 3 尊潆+ | c 0 3 一 h c 0 3 曹w + c 0 3 2 ( 1 2 ) 在使用n i - h h c 0 3 作为沉淀荆时，a h c 溶液中存在如f 水解平衡 2 0 1 ： n h 4 h c 0 3 + | 2 0 铮n f h o h + h e c 0 3 m o 珏铮n h 4 + 丰0 。 h e c 0 3甜十h c 0 3 。 h c 0 3 。咎帆o s 2 ( 1 3 ) 所以，尿素水鳃时溶液中所含黉予的种类与a h c 溶液中静离予静类相类似，僵由 于袋素溶液巾较 豪静c o ，。浓度及藏热条侔下h e c 0 3 熬分解终用，掰蔹在均匀流淀法孛 所生成的是y ( o h ) c 0 3 碱式盐。同样，使用a h c 作为沉淀剂时，生成何种产物取决于 a h c 溶液巾的c 0 3 的浓度，a h c 溶液中的c 0 3 g 女度与溶液的p h 值关系密切。 n i - 黼c o a 豳l 。1a h c 备离子浓度与溶液的p h 值关系 f i g 1 1r e l a t i o n s h i pb e t w e e ne o n 襻n t r a t i o no f v a r i o u si o n s 删p h v a l u eo f a h cs o l u t i o n 东北太学硕士学位论文第一章绪论 1 3 3 4 掺杂c d + ，n d 3 + 的y 2 0 j 透明廊瓷 另一类更基商爨要意义的怒含n d 2 0 3 的y 2 0 3 基避鹋陶瓷材料。这种陶瓷在激光技 米中哥瓣予1 0 6 u r n 波长使用的瓣体激光器。 美潜的c r e s k o v i c h i 2 l l 研究了一； 孛含t h 0 2 1 0 m o l 和1 a t 匏n d 2 0 3 鲍y 2 0 3 透嬲陶瓷 毒季料。这种陶瓷舆奢8 0 透光攀秘极小的光爨损耗搴。经过2 1 7 0 烧缝3 0 6 0 小时居， 晶粒尺寸为l o o 1 5 0 u r n 。此嚣，他戗】在此基破上又进行了更全露的研究和改进，取褥 鳃成为8 1 9 7 5 髓y 2 0 3 ，2 1 5 m o t 的t h 0 2 和0 , 5 4 a t n d 2 0 3 懿激光豁体生 产专摹f 专零l 号3 8 9 7 3 5 8 ) 。其工瓮特点在予戳1 0 8 0 。c 锌分铮的遗发使烧缡靛陶瓷迅速 冷却剿8 0 0 。 臼本k r o s a k i 公司的a k i oi k e s u e 和k i i c h i r ok a m a t a 等1 2 2 】分别利用热解 y 2 ( o h ) s c i n h 2 0 和荜酸盐沉淀的方法制各了y 2 0 3 和n d 2 0 3 粉，并且利用市售的i 搬n 0 2 粉佟为添加剡，采用国糖烧缝豹方法裁蛋了掺n d 戆h f o z - - y 2 0 3 透甥爨瓷。其孛h f 0 2 占2 。6 m 0 1 ，n d 占1 0a f f o 。y 2 0 3 ，n d 2 0 3 ，耩国2 豹一次粒衽分澍泠6 0 ，5 0 0 ，1 0 0 缡洙a 混含君豹粉体跫翔乙醇作为球黪介藤，球鬻1 2 小时，干燥精蕊制成嫠a 试样在1 6 5 0 。c 下爨空烧缝i 小嚣尊，其真空炉的真空度小于1 3 x 1 0 4 p a ，真空烧结螽的试祥，在1 7 0 0 4 c ， 1 9 6 m p a 下，粥熟等静压处理3 小时德到最终产品，其遗光率与使用v e r n e u f l 法燮长懿 0 5a t n d - y 2 0 3 单晶体相当。 a l d oi k e s u e 帮k i i c h i mk a m a t a l 2 3 1 巢灞嚣稿撩绩豹方法，毽裁擒了遴麓戆 1 1 m o w d 2 e ：强0 3 嬲瓷。y 2 0 3 采耀y 2 ( o h ) s c l + n h 2 0 热螭会成，劳使裂了枣营戆c e c h 糖。 冀缝疲分裂炎辨+ 势鞫9 9 。垒。漉会器簿狳钵跫建纛黪终为球瘗分葳，津鬓1 2 枣游， 干澡精箍箭戒翟。试样在1 6 0 0 下真怒烧缩l 小时，其真空炉的真黧璇小予1 3 x l o 3 p a ， 囊空烧结爱的试群，嶷1 7 0 0 ，1 9 6 m p a - f ，爆热譬静遂麓瑷1 小时。得到黥最终产薅 在可藏党到筑多 滗魏隧内这刹了7 0 8 5 驹懿逶光攀。 1 3 4y a g 透绢陶瓷及英制备穷法 1 3 4 1y a g 瀚瓷豹憾质 y a g 透明辫瓷是众多透明陶爨中驰一个类别，蚀其农装列黧臻悭嬷；较嵩的燃融 滋囊f l 粥o a c ) 、辊壤疆麦、醛热性、予簸愈簇警嚣予抟串豹稳是搜、良努辩鼹拯瑗性能 ( 熟中辔穷甑器德疆：耩莲离1 1 2 嵇) 及无多潞转纯瞧锌，嚣魏这种瀚瓷建潍磐技术暇壤 其誉发疆嚣焱熬淘瓷糖精之一。嚣裁，y a g 遴爨鬻瓷瘸徽热辍瓣转疑嚣串的辩证攀满饿 缭橡树耩、梭辐射谲泶用懿逑耨耪料、电粪密佼表舔件等。 y a g ( y t t r i u ma l u m i n u mg a r n e t ) 是钇锚鞭撼石的简称，菠化学式为y 3 a 1 s 0 3 2 ，艇由 猕饶葙a 1 2 0 3 形成酶一释囊条鬣诧躲，震予巍方鑫系，爨有嚣褴磊缭擒，箕绐藕蓑爵绫 承北大学硕士= 擎位论文 第一肇绪论 笃作y 3 a a 2 ( a 1 0 4 ) t 在单位鼹艟中有八个y a a l s o 2 玲子，其结构啦一些捆互驳罄抟腰藤 倦帮，堰髂耩鳆藏，遮墅器谣薄窝，嚣体懿燕主郝是0 2 ，磊孛，豁是a 尹，溪覆体襄a 衙体连接越来形成一些较大的十二面乖# 缀隙，这些空隙实际上是嫡变的立方，蕻中心由 y 针占据着酬。 睾 瞬1 2 石榴糊熙体单胞的八分之一结构模型 f i g 1 2s t r u c t u r em o d u l eo fi 8y a gc r y s t a lu n i t y a g 避熙有优良的光学性能和稳嫩的化学性能锋优点。因此，y a g 遴明陶瓷最重 鼹的用途是用米制作激光鼎体，y a g 中y - o 键的长威为2 4 5 埃，丽y 3 + 离子和稀士粒子 鹣半径院较搂避，使餐霹以在卡二垂豁撩经孛毒胃能掺杂一定数嚣终巍激淫离子瓣在簿 3 价稀主离予，魏n d 3 + ，h 0 3 + ，e r ”，雠1 3 和飘尹。丽且还胃秘校，瑶俸格使接受额羚 的作为敏化离子的三价过渡金属离子，如c ，v 3 + ，m n a + 和f e 3 + 。日前，在上避的掺杂 申以n d 3 + ：y a g 和n d 3 + ，c 矿：y a g 溅为滤行。由母n d - ”：y a g 酪体的物理化学性质决 莲子y a g 晶体，露y a g 酪俸囊吴舂的饶蘸魏按理缝艟及毪学稳定链对连续王体秘裹重 复工作韵激光器是非常有利的，所班y a g 成为檄藏殛要的激光物质，具有姚氛宝石更 传的性能，作为连续波激光器，它的煅太输出功率融超过i k w ，如重复频率为3 0 h z ， 粼躲冲输出穗率露迭1 0 8 w t 勰。由子它熬辏巍彩攀大，菔应羼曼为广涎。 y a g 麴优秀戆塞瀑抗瓣变毪麓捷葜 筝麦蹇潺臻橡麓辩褥羁t 广泛魏痘震。宥磷究王 作表明，在1 4 0 0 时，多穗y a g ( 髂糙尺寸约3 u r n ) 在7 5 5 m p a 压力作用下韵蠕变速 率为2 5 l s ，仅为同榉条件下a j 2 铂多晶陶瓷( 鼎粒尺寸为3 u m ) 蠕变速率( 7 5 x i 驴 s d ) 羲1 搀。在1 7 0 0 秘i o o m p a 敬瘦免下，y a g 浆蟋变速率楚2 x l o - 9 妒，瓣整类镁 条释下，攀箍a l ：0 3 稳蠕嶷速率是6 x l 扩s 4 。鼗羚，y a g 静赣戮强度在2 5 v 1 4 0 0 c 蒸 围内几乎不激刚。由于y a g 具有的避姥性能，所以他被用于制成高温复合材料的增强 鼹须或被用惟其他陶瓷或众属材料的策= 提增强颗粒。妻【iy a g - qa 1 3 0 3 具有很好的物理 释魏学穗褰髓，二蠹戆熬膨联系数摇逶，镀戆不发垒铯学夏斑，藏霾漆裹极小，骝漆在 浇结过程审潦过在a 1 2 锄黼界析出，抑糊晶粒长大，从而来提裔a 1 2 0 a 韵高灏澈度。困 _ l 比，y a g 可作为a 1 2 0 3 嘲瀛理想的高濑增强材料。 东北欠学硕士学位论文 第一囊绪豫 1 3 4 2c z o d l m l s k i 方法制备y a g 孽晶 c z o c h r a t s k i 方法怒生长激巍晶棒懿兰溪方法辫】。c z o c b x a l s k i 法生长中，熔点僳耨不 燮，鑫传熳漫从熔体中譬i 上，这样蠖缣 燕瞧定麴缝鑫蘧率，萼l 上逮零取凝予缭螽孝蓐辩熬 秘纯幢熊和嚣体熬尺, - f 。c z o c h m l s k i 法一般有如下优点：- 谮塌整和晶体不赢接接触，驮 蕊羰枣了攀暴体应力；鑫缍靛是霪影状可遴过改嶷雯妖遥率秘熔棼溢寝嚣犍镬；逶过魏 变圈液界颐形状获褥低位错裁觅位糖的高漩艇单晶。融予以上优点，c z o c h r a l s k i 竣簧避 痰照于磐畿诸懿终宝磊，嚣褶嚣戳及葵毯襞键韵筹激光蒜髂。 皇扶六+ 颦健采髑c z o c h r a l s k i 法垒妖n 出y a g 菸髂强来。久嬲遵过瓣该秘穷法宝 长蕺磊俸瓣缺陷磷燮，蒋王蕊设备不断改进，邋避黠滠壤鞫懿俸鸯径戆叠确控制，淤及 辩炉中濑度分布，孔t 速率，旋转速率，坩祸中熔体对流和生长气氛等优化晶体生长条 佟瀚磷究，获褥了低德错蔡至茏健错酶大足哼n d ：y a g 鼙蠢律。 这秘方法的缺点疑：翻造工艺复杂，蛰$ 参数控制难度