【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，將 Y2O3和 Nd2O3(均為激光純 )溶于濃硝酸，配成。 Al(NO3)3。 9H2O溶于去離子水中，配制成。首先將 30MOL的 A13+和 5Oml的 (Y3+和 Nd3+)鹽溶液混合， %Nd離子替代 Y3+離子。再加入 (NH4)2SO4，溶液充分?jǐn)嚢杌旌?。同時(shí)滴加少量的正硅酸乙脂，用氨水調(diào)節(jié) PH值至 右，然后加入 60ml的 CO(NH2)2。加入去 離子水至 1升，溶液充分?jǐn)嚢璩吻搴?，?95℃ 水浴加熱 4一 5小時(shí)，使 溶液沉淀充分。將沉淀水洗、醇洗、抽濾。于電熱恒溫干燥箱 120℃ 干燥 3小時(shí)后，在 1100 ℃ 鍛燒 3小時(shí)。 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 2. 透明陶瓷的制備 尿素作為沉淀劑均勻地溶解于溶液中，水解生成 OH離子，尿素的緩慢水解是整個(gè)反應(yīng)的關(guān)鍵控制部分，它不會(huì)造成溶液中反應(yīng)物濃度的局部過(guò)大。構(gòu)晶離子均勻的分布在溶液中的各個(gè)部分，與 AI3+、 Y3+達(dá)到分子級(jí)別的混合，因此能夠均勻的生成沉淀。 尿素在溶液中的作用與反應(yīng)如下所示 : 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 2. 透明陶瓷的制備 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 2. 透明陶瓷的制備 其中反應(yīng) ()速度比較慢，而反應(yīng) ()速度快，這樣就避免了沉淀劑局部過(guò)飽和度過(guò)大，使溶液產(chǎn)生大量非均勻成核的危險(xiǎn)。 尿素共沉淀法對(duì)溶液的 HP值控制的要求很嚴(yán)格。在混合液放入水浴恒溫器之前應(yīng)該保證溶液的 HP值不至于使溶液產(chǎn)生沉淀，而當(dāng)其 HP值稍微高一些，也就是剛有尿素分解時(shí)就有沉淀生成，所以這是一個(gè)臨界值，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)得該臨界值為 。反應(yīng)之后應(yīng)用氨水調(diào)節(jié) PH值至 8左右，否則影響產(chǎn)量。 化學(xué)共沉淀法制取的粉末普遍存在團(tuán)聚現(xiàn)象，尤其是大的硬團(tuán)聚體危害很大。根據(jù)熱力學(xué)原理，超細(xì)粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象是體系自由焓降低的一種自發(fā)趨勢(shì)，關(guān)鍵是要減小團(tuán)聚體的尺寸和團(tuán)聚體強(qiáng)度，即防止大的硬團(tuán)聚體產(chǎn)生 ,文獻(xiàn)已報(bào)道通過(guò)洗除 Cl一 、 NO3一 ，再經(jīng) 有機(jī)溶劑脫水，減小表面張力 的影響，對(duì)解決硬團(tuán)聚問(wèn)題有積極的效果。 一些學(xué)者認(rèn)為物理配位結(jié)合的 H2O分子之間的氫鍵作用是引起橋氧鍵的關(guān)鍵 . 采用了乙醇等醇類溶劑洗滌共沉淀物以移除吸附水和化學(xué)及物理配位水。由于醇類溶劑具有良好的潤(rùn)滑性和一定的降低表面張力的作用 . 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 2. 透明陶瓷的制備 N:dYAG前驅(qū)體的鍛燒 共沉淀法所制備的前驅(qū)體必須在適當(dāng)?shù)臏囟儒憻蟛趴梢缘玫接糜诔尚偷男再|(zhì)優(yōu)良的粉體。參考前驅(qū)體粉末的 TG一 DTA分析可以得出大致的鍛燒溫度，但是考慮到 TG一DTA分析的滯后效應(yīng)，并非在這個(gè) 粒度與鍛燒溫度的關(guān)系 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 2. 透明陶瓷的制備 溫度進(jìn)行熱處理就可以得到性能最佳的粉體。鍛燒溫度的選擇是決定粉體性能的一個(gè)很重要的因素，如果過(guò)低，則無(wú)法得到完全晶化的 YAG多晶相，過(guò)高則粉體粒徑變大。從圖中可以看出隨著溫度的升高，粒徑有十分明顯的增大的趨勢(shì)，這不利于提高陶瓷素坯密度和燒結(jié)。 尿素共沉淀法前驅(qū)體的 TG一 DTA曲線 圖為尿素共沉淀法制備的粉體在空氣中由室溫加熱到 1200℃ 時(shí)的TG一 DTA曲線，以純 A12O3作為參照物，升溫速度為 5℃ /mi。就尿素共沉淀法所制備的前驅(qū)體而言，熱重分析可分為兩個(gè)部分進(jìn)行，第一部分是在溫度 100℃至 500℃ 左右，對(duì)應(yīng)吸附水和碳酸鹽的分解，失重約為 25一 30%。第二部分是在溫度 800℃ 至1150℃ ，為結(jié)構(gòu)水和氨鹽的分解，失重約在 10一 15%左右，總的失重量為 40%。 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 2. 透明陶瓷的制備 尿素共沉淀法制備的粉體鍛燒后的 XRD分析 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 2. 透明陶瓷的制備 2. 透明陶瓷的制備 ● 特種陶瓷成型方法 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 ● 共沉淀法合成釔鋁石榴石納米粉體 按摩爾比 n(Al):n(Y)=5:3 稱取一定質(zhì)量的硝酸鋁 [Al(NO3)39H2O，純度為%，以質(zhì)量計(jì)，下同 ]和硝酸釔 [Y(NO3)36H2O，純度為 %]，用去離子水配制 Al(NO3)3 和 Y(NO3)3 的混合溶液，其中 [Al3+]= mol/L，[Y3+]= mol/L。取 NH4HCO3(分析純 )，用去離子水配制成摩爾濃度為 1 mol/L 的溶液，將配制的 NH4HCO3 溶液逐滴滴加到攪拌的 Al(NO3)3 和Y(NO3)3 混合溶液中，直到混合溶液的 pH 為 8 左右。滴定完畢后繼續(xù)攪拌4～ 6 h，使反應(yīng)完全。用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌漿料并抽濾，以除去漿料中殘存離子。濾餅在 90 ℃ 的烘箱內(nèi)干燥，研磨過(guò) 200 目 (孔徑約 75 μm)篩，并在 1 000～ 1 200 ℃ 之間煅燒前驅(qū)體。把優(yōu)化條件下制備的 YAG納米粉體用鋼模在 50 MPa 的壓強(qiáng)下壓制成圓片，然后冷等靜壓 (200 MPa)得到素坯，最后，陶瓷素坯在 1 700～ 1 800 ℃ 真空燒結(jié)，保溫時(shí)間在 10 h 以上。所制備的YAG 透明陶瓷在氧化氣氛中進(jìn)行退火處理 (1 450 ℃ ， 20 h)，然后對(duì)樣品雙面拋光。 2. 透明陶瓷的制備 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 前驅(qū)體的熱分析 1 000～ 1 200 ℃ 煅燒后 YAG 前驅(qū)體的 TG–DTA 曲線 在流動(dòng)空氣中進(jìn)行前驅(qū)體的熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，升溫速率為 10 /℃ /min，最高溫度為 1 200 ℃ 。 在 400 ℃ 以下，質(zhì)量損失主要是結(jié)晶水、吸附水和 NH3 的釋放。 DTA 曲線中 ℃ 和 ℃ 出現(xiàn)的 2 個(gè)吸熱峰，對(duì)應(yīng)的是前驅(qū)體中吸附水與結(jié)晶水的失去， ℃ 處出現(xiàn)的放熱峰為中間相 YAG 結(jié)晶所致。當(dāng)溫度達(dá)到 1 ℃ 附近時(shí)，出現(xiàn) 1 個(gè)較強(qiáng)的放熱峰，而 TG曲線中沒(méi)有出現(xiàn)質(zhì)量損失，說(shuō)明該放熱峰對(duì)應(yīng)的是 YAG 相的生成和晶粒長(zhǎng)大過(guò)程。通過(guò) TG–DTA 曲線可以確定最佳的煅燒溫度為 1 000 ℃ 左右。 2. 透明陶瓷的制備 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 YAG 粉體的相分析 YAG 前驅(qū)體在不同溫度煅燒 5 h 后所得粉體的 XRD 譜 前驅(qū)體在 1 000 ℃ 煅燒 5 h 后，已經(jīng)完全轉(zhuǎn)變成純立方相 AG，其中主 XRD 峰對(duì)應(yīng)于 YAG 的 (420)晶面，無(wú)其它雜相存在。隨著煅燒溫度增加， XRD 峰變得更加尖銳、半高寬變小，說(shuō)明隨著溫度升高，粉體晶粒長(zhǎng)大。 2. 透明陶瓷的制備 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 YAG 粉體的形貌分析 當(dāng)前驅(qū)體在 1 000 ℃ 煅燒后所得的 YAG 粉體近似球形，顆粒邊界清晰，單個(gè)顆粒的輪廓非常明顯，顆粒直徑約為 100 nm 左右且大小分布均勻，粉體顆粒之間出現(xiàn)了少量燒結(jié)頸。 當(dāng)煅燒溫度為 1 200 ℃ 時(shí)，粉體顆粒之間出現(xiàn)較明顯的燒結(jié)頸。綜合FESEM照片形貌，在 1 000 ℃ 煅燒溫所得的 YAG 粉體顆粒尺寸細(xì)小、無(wú)團(tuán)聚、形狀近似球形，有利于 YAG 透明陶瓷的燒結(jié)。當(dāng)煅燒溫度達(dá)到 1 200 ℃ 時(shí)， YAG顆粒之間出現(xiàn)了大量燒結(jié)頸，不利于 YAG 透明陶瓷的制備。 1 200 ℃ 1 000 ℃ 煅燒 2. 透明陶瓷的制備 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 YAG 透明陶瓷 FESEM 顯微結(jié)構(gòu) 在陶瓷熱腐蝕表面，可以清晰地觀察到晶粒相、晶界相，在晶粒內(nèi)和晶界上有少量的氣孔和雜質(zhì)相存在。晶粒分布比較均勻，尺寸約為 10 μm 左右，同時(shí)也存在部分晶粒的異常長(zhǎng)大。 為陶瓷的斷裂面顯微結(jié)構(gòu)，材料斷裂行為大部分為穿晶斷裂，這也是因?yàn)樵跓Y(jié)過(guò)程中出現(xiàn)了晶粒長(zhǎng)大所致。由于陶瓷微觀結(jié)構(gòu)中存在少量氣孔，形成了光散射體中心，從而在一定程度上降低了 YAG 透明陶瓷片的透光率。 2. 透明陶瓷的制備 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 2. 透明陶瓷的制備 ● 選擇結(jié)合劑，要考慮以下因素 : l)結(jié)合劑能被粉料潤(rùn)濕是必要條件。當(dāng)粉料的臨界表面張力或表面自由能比結(jié)合劑的表面張力大時(shí)，才能很好地潤(rùn)濕。 2)好的結(jié)合劑易于被粉料充分潤(rùn)濕，且內(nèi)聚力大。當(dāng)結(jié)合劑被粉料潤(rùn)濕時(shí)，在相互分子間發(fā)生引力作用，結(jié)合劑與粉料間發(fā)生紅結(jié)合 (一次結(jié)合 )，同時(shí)，在結(jié)合劑分子內(nèi)，由于取向、誘導(dǎo)、分散效果而產(chǎn)生內(nèi)聚力 (二次結(jié)合 )。雖然水也能充分潤(rùn)濕，但水易揮發(fā)，分子量較小，內(nèi)聚力小，不是好的結(jié)合劑。按各種有機(jī)材料內(nèi)聚力大小順序，用基表示可排列如下 : 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 3)結(jié)合劑的分子量大小要適中。要想充分潤(rùn)濕，希望分子量小，但內(nèi)聚力弱。隨著分子量增大，結(jié)合能力增強(qiáng)。但當(dāng)分子量過(guò)大時(shí)，因內(nèi)聚力過(guò)大而不易被潤(rùn)濕，且易使坯體產(chǎn)生變形。為了幫助分子內(nèi)的鏈段運(yùn)動(dòng)，此時(shí)要適當(dāng)加入增塑劑，在其容易潤(rùn)濕的同時(shí)，使結(jié)合劑更加柔軟，便于成型。 2. 透明陶瓷的制備 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 采用聚乙烯醇作為粘合劑，丙三醇作為增塑劑。聚乙烯醇是呈絮狀、片狀、粒狀、粉末狀的固態(tài)顆粒。乙烯醇樹(shù)脂系列產(chǎn)品均可以在 95℃ 以下的熱水中溶解，因其聚合度、醇解度等不同在溶解時(shí)間、溫度上有一定的差異。溶解時(shí)，可邊攪拌邊將聚乙烯醇緩緩加入 20℃ 左右的冷水中充分溶解、分散，在弱酸性條件下溶解效果更好。而后升溫到 95℃ 左右加速溶解，并保溫 2一 ，直到溶液不含有微小顆粒。 2. 透明陶瓷的制備 透明 Nd:YAG陶瓷的制備 冷等靜壓成型、超高壓成型法、橡膠等靜壓成型和離心注漿成型等。 ● 成型 2. 透明陶瓷的制備 透明 Nd