Y2O3透明陶瓷的研究进展
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B2 O 3-SiO 2复合添加剂对Nd∶YAG透明陶瓷的影响∗张效峰【摘要】采用传统固相法制备了掺杂不同B2 O3/SiO2的Nd∶YAG透明陶瓷,研究了B2 O3/SiO2的引入对Nd∶YAG透明陶瓷微观结构的影响。
研究结果表明,B2 O3/SiO2的引入能够促进Nd∶YAG 透明陶瓷的烧结,为烧结过程提供液相环境;同时还减少了杂质相的引入。
随着B2 O3含量的增加,Nd∶YAG 透明陶瓷的致密度和收缩率增大,晶粒尺寸更均匀,且晶粒间和晶粒内的气孔减少。
实验结果表明,B2 O3/SiO2含量为4∶1时为最佳配比。
%Nd∶YAG transparent ceramics with different B2 O3/SiO2 ratio were fabricated by conventional solid-state tech-nique,and the effect of the B2 O3/SiO2 ratio on the microstructure of Nd∶YAG transparent ceramics were investigated.It was found that the addition of B2 O3/SiO2 can improve the sintering of Nd∶YAG transparent ceramics because of the liq-uidphase.In addition,it reduced content of the second phase.The density and shrinkage rate increases in theNd∶YAG transparent ceramics with the i ncreasing the B2 O3 .Moreover,the pore decreases and a homogeneous grain size in the Nd∶YAG transparent ceramics.The Nd∶YAG transparent ceramicswith different B2 O3/SiO2 exhibited optimum properties at the ratio of 4∶1 .【期刊名称】《陶瓷》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】4页(P15-18)【关键词】透明陶瓷;YAG;B2 O3/SiO2;传统固相法【作者】张效峰【作者单位】中钢集团耐火材料有限公司河南洛阳 471039【正文语种】中文【中图分类】TQ174.75目前,Nd∶YAG陶瓷是综合性能最好、用途最广、产量最大的固体激光器用激光材料,因此,急需一种成本低廉、工艺简单、可实现大规模生产的生产方式。
提高氧化铝透明陶瓷的透明度氧化铝透明陶瓷:又称半透明氧化铝陶瓷或透明多晶氧化铝陶瓷主晶相为α-A12O3。
密度3.98g/cm3以上。
直线透光率90%~95%以上。
介电常数大于9.8。
介电损耗角正切值小于2.5×10-4(1GC>,抗弯强度大于350~380MPa。
击穿强度6.0~6.4kV/mm。
热膨胀系数(6.5~8.5>×10-6/℃。
高温下具有良好耐碱金属蒸气腐蚀性。
原料为纯度99.99%以上的Al2O3,添加少量纯氧化镁、三氧化二镧、或三氧化二钇等添加剂,采用连续等静压成型,气氛烧结或热压烧结,严格控制晶粒大小,可获得高致密透明陶瓷。
用于制造高压钠灯的发光管(工作寿命可超过2万h>。
也可用作微波集成电路基片、轴承材料、耐磨表面材料和红外光学元件材料等。
1. 概述透明陶瓷特性:耐高温耐腐蚀高绝缘高强度透明一般陶瓷—气孔、杂质、晶界、结构↓对光反射损失+吸收损失↓光学不透明2.透光模型表面反射光↑入射光→陶瓷材料→透射光↓内部吸收光 + 散射光↑↑晶体本身+杂质外表+内散射中心↓杂质+微气孔+晶粒直径↓散射量最大←入射光波长=晶粒直径3.陶瓷透光的基本条件1>致密度>理论密度的99.5%2>晶界无空隙或空隙大小<<入射光波长3>晶界无杂质及玻璃相,或其与微晶体的光学性质相似4>晶粒较小且均匀,其中无空隙5>晶体对入射光的选择吸收很小6>晶体无光学异向性(立方晶系>7>表面光洁4.工艺原理<1)控制以体积扩散为烧结机制的晶粒长大过程晶粒过快生长—晶界裂缝,封闭气孔晶粒生长速度 > 气孔移动速度—包裹于晶体内的气孔更不易排出加入适量MgO(0.1-0.5%> →透明Al2O3陶瓷↓1>MgAl2O4晶界析出,阻止晶界过快迁移2>MgO较易挥发,防止形成封闭气孔↓限制晶粒过快生长—微晶结构透明Al2O3陶瓷<2)控制气孔平均尺寸烧结透明Al2O3陶瓷:晶粒~25μm,大小均匀气孔半径0.5-1.0μm气孔率0.1%热压烧结Al2O3陶瓷:晶粒1-2μm,大小不均气孔半径~0.1μm对可见光散射效应强在可见光区透光率:烧结瓷 >热压瓷<3)其他因素:原料纯度、细度,成型方法,烧结气氛等氢气或真空中烧结,透光率高5.工艺方法1)配料主料:高纯Al2O3(>99.9%> —硫酸铝铵热解法Al2(NH4>2(SO4>4∙24H2O~200℃ → Al2 (SO4>3∙(NH4>2SO4∙H2O + 23 H2O↑500~600 ℃ → Al2 (SO4>3+ 2NH3↑+SO3↑ + 2 H2O↑800~900 ℃ →γ-Al2O3+ 3 SO3↑~1300 ℃/1.0~1.5h →α-Al2O 3(少量γ-Al2O3提高活性,促进烧结>改性料:MgO 以Mg(NO3>2加入,共同热分解—分布均匀,活性较大的MgO2)成型和烧结:a>常温注浆或等静压成型,高温烧结浆料pH=3.5,流动性较好坯体理论密度 > 理论密度的85% 氢气或真空下烧结,T=1700-1900℃b>二次烧结法将含有MgO <0.5%)的 Al2O3粉成型1000-1700℃ 氧化气氛,t=1.0h氢气或真空下烧结,T=1700-1950℃c>热等静压烧结透明陶瓷的制备工艺透明陶瓷的制备过程包括制粉、成型、烧结及机械加工的过程。
透明陶瓷研究进展
林健健;沈建兴;桑元华
【期刊名称】《山东轻工业学院学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2009(023)003
【摘要】透明陶瓷性能优异,应用广泛,是一类备受关注的新型材料.本文综述了透明陶瓷的分类,对影响陶瓷透明度的因素进行了说明并进行了简要分析.简介透明陶瓷的制备工艺并且对透明陶瓷的研究趋势提出展望.
【总页数】4页(P5-8)
【作者】林健健;沈建兴;桑元华
【作者单位】山东轻工业学院,材料科学与工程学院,山东,济南,250353;山东轻工业学院,材料科学与工程学院,山东,济南,250353;山东大学,晶体材料国家重点实验室,山东,济南,250100
【正文语种】中文
【中图分类】O61
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孔令兵
成功地解决了透明陶瓷无法快速烧结的难题。
近年来,基于数字化光处理(DLP)的光固化成型,作为陶瓷增材技术,代表了陶瓷制造的一个新方向。
孔令兵团队以氧化铝为例研究探讨了该技术在增材制造过程中几个关键工艺因素对成型缺陷和性能的影响情况,包括浆料中氧化铝固含量、脱脂过程中的加热气氛和加热速率。
陶瓷工艺的核心技术是粉体的质量。
氧化物陶瓷在国民生产及军工方面具有极大的需求量,尤其是用于激光透明陶瓷、义齿用氧化锆陶瓷及透明导电膜ITO靶材等的高端粉体,不可依赖进口。
未来,孔令兵教授研发的重点将放在各种陶瓷粉体的产业化研究与推广,目前已涉足的材料包括5G陶瓷滤波器粉体、陶瓷封装基板、各种用于镀膜的陶瓷靶材、透明陶瓷等。
他的科研故事已经开始,但精彩仍将继续......。
钇铝石榴石(YAG)透明激光陶瓷的研究进展*张晓荣,范桂芬,汤艳琴,吕文中(华中科技大学光学与电子信息学院,武汉430074)摘要 透明陶瓷的制备技术不断成熟,其中部分透明陶瓷可用作激光放大介质,即透明激光陶瓷。
透明激光陶瓷材料具有传统玻璃和单晶激光材料无法比拟的材料性能和光学特性,稀土离子掺杂的钇铝石榴石(YAG)多晶透明陶瓷是目前应用范围最广的固体激光材料之一。
回顾了透明陶瓷的发展史,并以YAG透明陶瓷为例,介绍了透明陶瓷的应用领域、研究概况、制备工艺及目前面临的技术难题。
关键词 透明激光陶瓷 钇铝石榴石 制备工艺 技术难点中图分类号:TQ174 文献标识码:A DOI:10.11896/j.issn.1005-023X.2014.21.024Research Progress of Yttrium Aluminum Garnet(YAG)Transparent Laser CeramicsZHANG Xiaorong,FAN Guifen,TANG Yanqin,LU Wenzhong(College of Optical and Electronic Information,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074)Abstract Nowadays,the preparation technology of transparent ceramics is becoming more and more maturing,and partially transparent ceramics which are named the laser ceramics can be used as a laser amplifying medium.Com-pared with the traditional glass and single crystal laser materials,the transparent ceramic materiasl show better per-formance and optical properties.Currently,rare earth ions doped yttrium aluminum garnet(YAG)transparent poly-crystalline ceramics are the most widely used solid laser materials.The history of transparent ceramics is reviewed.And the application domain,research status,preparation technology and facing technical problems for the YAG trans-parent ceramics are also introduced.Key words transparent laser ceramics,YAG,preparation technology,technical problem *国家自然科学基金(61172004) 张晓荣:女,1988年生,博士生,研究方向为透明陶瓷 E-mail:coolxiaorong@163.com 吕文中:男,1968年生,教授,主要从事微波介质材料及其相关通信器件、铁电压电陶瓷材料及其元器件的研究 E-mail:lwz@mail.hust.edu.cn0 引言固态激光器是以掺入激活离子的固体基质材料为工作物质的激光器,已广泛应用于金属加工、半导体微加工、医疗应用(如眼科手术)、红绿蓝(RGB)光源的激光打印机和投影仪、环境仪器和光学传输系统等,并有希望应用于未来的核聚变中。
碳酸盐沉淀法制备Y2O3纳米粉及透明陶瓷
闻雷;其鲁;孙旭东;徐国祥
【期刊名称】《中国有色金属学报》
【年(卷),期】2006(016)002
【摘要】以Y(NO3)3和NH4HCO3为原料, 采用正向滴定法, 得到了化学组成为Y2(CO3)3·2H2O的先驱沉淀物. 结果发现: 时效可使沉淀物的颗粒尺寸和形状发生明显变化, 时效48 h后, 先驱沉淀物形状由球形变为针状;先驱物经水洗-乙醇清洗-丙酮清洗可提高Y2O3粉体的活性;针状先驱物在1 100 ℃下煅烧4 h能得到团聚轻的Y2O3粉体, 粉体平均粒径约为80 nm;所得粉体在1 700 ℃真空烧结4 h后, 获得了透明Y2O3陶瓷.
【总页数】6页(P235-240)
【作者】闻雷;其鲁;孙旭东;徐国祥
【作者单位】北京大学,化学与分子工程学院,北京,100871;北京大学,化学与分子工程学院,北京,100871;东北大学,材料与冶金学院,沈阳,110004;北京大学,化学与分子工程学院,北京,100871
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174.75
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1.共沉淀法制备Nd3+:Y2O3透明陶瓷 [J], 罗军明;邓莉萍;张剑平
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固相反应法制备yag透明陶瓷YAG透明陶瓷是一种具有良好光学性能和机械性能的高性能透明陶瓷材料,具有广泛的应用前景。
固相反应法是制备YAG透明陶瓷的常用方法之一。
本文将对该方法进行详细介绍。
固相反应法制备YAG透明陶瓷的元素学成份为Y2O3、Al2O3和ZrO2。
首先,需要准备高纯度的原料粉末(保证原料的纯度可以增强YAG透明陶瓷的光学性能),并按照一定比例混合。
混合后的粉末需要进行球磨(球磨可以提高粉末的比表面积和均匀性)。
球磨后,将混合粉末进行筛分,筛选出目标粒径的粉末。
接下来,将筛选后的粉末进行成型。
常用的成型方法包括压制法和注模法。
将粉末放入模具中,进行压制或注模。
完成成型后,将模具中的成品粉末取出,再将其逐步煅烧(一般分为退火和煅烧两个步骤)。
在退火的过程中,需要将成品粉末放入大气或惰性气体保护下进行煅烧。
煅烧过程需要控制温度、时间和气氛,使粉末逐渐结晶,生成纯的YAG结晶体。
在煅烧过程的后期,需要增加温度使粉末达到致密度。
煅烧后,需要进行后处理工艺。
其中的一个重要步骤为热压。
将煅烧后的YAG陶瓷进行热压,可以压实其结构,提高其密度。
此外,后处理工艺还包括退火、研磨和抛光等步骤,以确保成品的光学性能、透明度和表面平整度。
1. 可以通过控制原料的比例和煅烧温度来调节材料的组成和晶粒大小,从而改变其光学性能。
2. 该方法制备的YAG透明陶瓷具有较高的密度和致密性,同时具有较好的机械强度和耐磨性。
3. 制备工艺简单,成本低,适用于批量生产。
总之,固相反应法是一种可靠、简单且成本低廉的制备YAG透明陶瓷的方法。
随着人们对高性能透明陶瓷需求的增加,该方法将发挥更加重要的作用。
一、透明陶瓷材料透明陶瓷具有优良的热及机械性能,同时保持着良好的透光性,在激光、闪烁体、透明装甲、照明灯管等方面有着广泛的应用。
开展了(半)透明氧化铝陶瓷、透明氧化钇、透明氧氮化铝及高折射率透明陶瓷材料的研究,取得了一定的成果。
各种透明陶瓷材料•高强度气体放电灯用(半)透明氧化铝陶瓷灯管(半)透明氧化铝陶瓷对可见光和红外光具有良好的透过性,同时也具有高温强度大、耐热性好、耐腐蚀性强及电阻率大等特点,可应用于高压钠灯、金属卤化物灯等高强度气体放电灯的放电管以及透红外窗口材料。
各种规格(半)透明氧化铝陶瓷灯管•透明氧化钇(Y2O3)陶瓷透明氧化钇(Y2O3)陶瓷在可见光至中红外(0.2~8μm)波段具有很高的透过率,具有熔点高、化学和光化学稳定性好的优点,能应用在红外发生器管等方面,同时可以作为高温炉的观测窗以及高温条件应用的透镜。
透明氧化钇陶瓷(φ60×1mm)及可见和红外波段透过率曲线•透明氧氮化铝(AlON)陶瓷透明氧氮化铝(AlON)陶瓷在可见光至中红外波段具有高的透过性能,同时兼有优异的物理、机械及化学性能。
透明AlON陶瓷(φ50×1mm)及中红外的透过率曲线•高折射率铪酸钇(Y2Hf2O7)透明陶瓷Y2Hf2O7透明陶瓷具有高的密度,高有效原子序数,高射线吸收能力和高的折射率,是较为理想的稀土掺杂基体材料,在光学摄影领域有潜在的应用前景。
铪酸钇(Y2Hf2O7)透明陶瓷及不同波长下的折射率曲线二、高热导氮化铝(AlN)陶瓷材料在陶瓷材料中,AlN具有异常高的导热性(比Al2O3高3~10倍,与BeO接近)、低的电导率、介电常数及介电损耗。
另外,AlN的热膨胀系数远比BeO与Al2O3的低,与硅的热膨胀系数相近,及其电性能优良、机械性能好且无毒性等特性,被认为是最理想的基片材料,成为高密度、大功率和高速集成电路基板的封装的理想材料,在通讯、微电子等领域内应用前景十分广阔。
透明陶瓷鲁成强(山东轻工业学院)摘要:简要地介绍了透明陶瓷的研究现状,同时探讨了透明陶瓷透光的原理以及影响透明性能的主要因素,叙述了透明陶瓷的制备方法,并展望了透明陶瓷研究发展趋势。
关键字:透明陶瓷现状原理制备发展趋势1透明陶瓷的现状透明陶瓷是二十世纪50年代末发展起来的。
经过几十年的发展,已制备了一系列的透明陶瓷。
如氧化铝透明陶瓷、氧化钇透明陶瓷、氮化铝透明陶瓷以及电光透明陶瓷和激光透明陶瓷等。
所谓透明陶瓷就是能透过光线的陶瓷。
通常陶瓷是不透明的,其原因是陶瓷材料内部含有的微气孔等缺陷对光线产生折射和散射作用,使得光线几乎无法透过陶瓷体。
1959年通用电气公司首次提出了一些陶瓷具有可透光性,随后美国陶瓷学家R.L.Coble制备得到透明氧化铝陶瓷证实了这一点。
这种材料不仅具有较好的透明性,且耐腐蚀,能在高温高压下工作,还有许多其他材料无可比拟的性质,如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等,所以逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用[1]。
2影响透明陶瓷性能的主要因素2.1气孔率对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率。
普通陶瓷即使具有很高的致密度,往往也不是透明的,这是因为其中有很多封闭的气孔。
文献指出,总气孔率超过1%的氧化物陶瓷基本是不透明的,因为气孔的折射率非常低(约为1.0),这些气孔在光线传播的过程中会使光线发生多次反射,从而大大降低材料的透明度。
陶瓷内部的气孔可存在于晶体之间和晶体内部。
晶体之间的气孔处于晶界上容易排除,而晶体内部的气孔即使是小于微米级的也很难排除。
因此晶体内部气孔对于获得透明陶瓷是最危险的。
因此要从每一个工艺阶段:原料粉体的制备、预烧、烧成。
来防止气孔的产生。
2.2晶界结构首先,晶界是破坏陶瓷体光学均匀性、从而引起光的散射、致使材料的透光率下降的重要因素之一。
当单位体积晶界数量较多,晶体配置杂乱无序,入射光透过晶界时,必然引起光的连续反射、折射,这样其透光率也就降低。
河南科技Henan Science and Technology 化工与材料工程总第812期第18期2023年9月Y2O3掺杂及烧结温度对SrTiO3基陶瓷电学性能的影响邹远来郭中正禄露玲聂贞海陈方健(安顺学院电子与信息工程学院,贵州安顺561000)摘要:【目的】获得综合电学性能良好的SrTiO3基电子功能陶瓷。
【方法】选取稀土氧化物Y2O3作掺杂剂,用典型电子陶瓷工艺制样,利用压敏电阻参数仪和数字电桥测试并结合扫描电镜(SEM)观察,探讨了Y2O3的掺杂量及烧结温度对SrTiO3基陶瓷电学性能和微观结构的影响规律。
【结果】随着Y2O3掺杂量从0.3mol.%渐增至1.8mol.%,陶瓷的压敏电压V1mA先减后增,非线性系数α逐渐减小,而相对介电常数εr和介电损耗tanδ均总体上呈升高趋势。
掺0.9mol.%Y2O3时,陶瓷综合电学性能较好。
提高烧结温度可获得更理想的微观结构并进一步提升电学性能,经1425℃、3h保温烧成、掺0.9mol.%Y2O3的SrTiO3基陶瓷的综合电学性能最优:V1mA=7.2V、α=10.8、εr=3.8×104、tanδ=2.1×10-2。
【结论】适量掺杂Y2O3并合理控制烧结温度,可使SrTiO3基陶瓷具有理想的微观结构,从而表现出优良的电学性能。
关键词:SrTiO3基陶瓷;Y2O3掺杂;烧结温度;电学性能中图分类号:TM283;TM534+.1文献标志码:A文章编号:1003-5168(2023)18-0070-05 DOI:10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.18.015Effects of Y2O3Doping and Sintering Temperature on the ElectricalProperties of SrTiO3Based CeramicsZOU Yuanlai GUO Zhongzheng LU Luling NIE Zhenhai CHEN Fangjian (School of Electronics and Information Engineering,Anshun University,Anshun561000,China)Abstracts:[Purposes]This paper aims to obtain SrTiO3based electronic functional ceramics with good comprehensive electrical properties.[Methods]The samples were prepared by typical electronic ceramic processes with selected rare earth oxide Y2O3dopant,the effects of Y2O3doping amount and sintering temperature on the electrical properties and microstructures of SrTiO3based ceramics were investigated using varistor parameter instrument and digital bridge testing and scanning electron microscopy(SEM) observations.[Findings]With the doping amount of Y2O3gradually increases from0.3mol.%to1.8 mol.%,the breakdown voltage V1mA of the ceramics increases firstly and then decreases,and the nonlin⁃ear coefficientαgradually decreases,while the relative dielectric constantεr and dielectric loss tanδgenerally show an upward trend.The ceramics with0.9mol.%Y2O3doping possess better comprehensive electrical properties.Increasing the sintering temperature can obtain a more ideal microstructure and fur⁃ther improve the electrical properties.SrTiO3based ceramics doped with0.9mol.%Y2O3and sintered at收稿日期:2023-04-03基金项目:贵州省教育厅青年科技人才成长项目(黔教合KY字〔2019〕145号);贵州省大学生创新创业训练计划项目(202110667006)。
10博士学位论文镁铝尖晶石透明陶瓷的制备与性能研究作者姓名:韩丹指导教师: 王士维研究员中国科学院上海硅酸盐研究所章健研究员中国科学院上海硅酸盐研究所学位类别: 工学博士学科专业: 材料学培养单位: 中国科学院上海硅酸盐研究所2018年6 月Preparation and properties of transparent spinel ceramicsA dissertation submitted toUniversity of Chinese Academy of Sciencesin partial fulfillment of the requirementfor the degree ofDoctor of Philosophyin Materials ScienceBy Dan HanProfessor Shiwei WangSupervisor:Professor Jian Zhang[Shanghai Institute of Ceramics, ChineseAcademy of Sciences]June 2018中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。
尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确方式标明或致谢。
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