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固相反应法制备YAG透明陶瓷

作　者: 孟凡成
导　师: 孙旭东；李晓东
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: YAG 透明陶瓷 固相反应法 TEOS 烧结
分类号: TQ174.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


钇铝石榴石yttrium aluminum garnet, YAG)由于具有优异的光学性能,被广泛应用于激光基体材料；由于具有低蠕变率、高温稳定性及化学稳定性,它常被应用于电子元件的耐热涂层、热辐射转换器的耐化学腐蚀结构材料、核辐射记录的透明材料、电子真空仪表部件等。掺杂稀土离子的YAG粉体还可作为荧光粉材料及荧光温度计。YAG晶体通常用Czochralski法生长制备,但生长周期长,条件苛刻。因此,许多研究人员致力于用烧结方法获得YAG透明多晶体。本文采用市售纳米A1203和Y203为原料,通过固相反应法合成高透过率的YAG透明陶瓷。采用固相反应法制备YAG透明陶瓷,以乙醇作球磨介质、纳米A1203和Y203为起始原料、TEOS为烧结助剂调配浆料,在固含量为19.2wt%、球磨24h条件下制备出烧结性良好的纳米混合粉。所得的粉体在1200℃煅烧2h,得到YAG和YAP相共存的两相混合物。粉体双向干压成型,坯体在1300℃预烧4h,经1700℃真空烧结5h后,晶粒平均尺寸为8.4μm,晶粒内部和晶界处有少量气孔存在,直线透过率为52%(700nm)；经1700℃真空烧结24h后,晶粒尺寸均匀,形状基本为规则的多边形,平均尺寸为12.2μm,无明显气孔存在,直线透过率为76%(700nm)。在相同的制备工艺下,采用不同颗粒尺寸的氧化铝为原料制备YAG透明陶瓷。以γ-Al2O3为原料,1200℃煅烧2h后得到YAG相,比一般固相反应合成YAG温度低200℃左右,经1700℃真空烧结24h合成透过率为76%(700nm)的YAG透明陶瓷；而用两种不同α-Al2O3为原料经1700℃真空烧结24h合成YAG仅为半透明。对于纳米粉体,在相同的制备工艺下,采用不同含量的烧结助剂(TEOS)经1700℃真空烧结5h制备YAG透明陶瓷。当TEOS为0wt%时,晶粒内部有大量封闭气孔,样品不透明；TEOS为3wt%时,晶粒发生异常长大,透光率仅为37.9%；而TEOS为0.5wt%时,晶粒大小均匀,形状为规则的多边形,晶内和晶界无气孔,密度达到理论值,透光率为60.8%(700nm)。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-28
  1.1 透明陶瓷的发展  10-11
  1.2 透明陶瓷的种类及其应用  11-14
    1.2.1 红外陶瓷  11-12
    1.2.2 激光陶瓷  12-13
    1.2.3 闪烁陶瓷  13-14
  1.3 影响透明陶瓷性能的主要因素  14-17
    1.3.1 气孔率  14-15
    1.3.2 原料纯度、晶界结构与控制晶粒长大  15-17
    1.3.3 表面加工光洁度  17
  1.4 YAG的结构和基本性能  17-19
    1.4.1 YAG的成分和结构  17-19
    1.4.2 YAG的基本性能  19
  1.5 钇铝石榴石纳米粉体的合成  19-23
    1.5.1 固相反应法  19-20
    1.5.2 溶胶-凝胶法  20-21
    1.5.3 溶胶-凝胶燃烧法  21
    1.5.4 水热法  21-22
    1.5.5 共沉淀法  22-23
    1.5.6 均相沉淀法  23
  1.6 YAG透明陶瓷的烧结  23-25
    1.6.1 常压烧结  23-24
    1.6.2 热压烧结  24
    1.6.3 真空烧结  24
    1.6.4 气氛烧结  24
    1.6.5 热等静压烧结  24
    1.6.6 激光烧结  24-25
    1.6.7 微波烧结  25
    1.6.8 放电等离子烧结  25
  1.7 本课题研究的意义与内容  25-28
    1.7.1 本课题研究的意义  25-26
    1.7.2 主要研究内容  26-28
第2章 实验部分  28-40
  2.1 实验背景  28
  2.2 实验原料与器材  28-29
    2.2.1 实验原料  28-29
    2.2.2 实验器材  29
  2.3 固相反应法的制备工艺  29-39
    2.3.1 球磨参数的设计  30-32
    2.3.2 煅烧参数的设计  32-33
    2.3.3 成型方式的选取  33-36
    2.3.4 烧结方式的选取  36-38
    2.3.5 后期的处理  38-39
  2.4 测试方法  39-40
第3章 实验结果与讨论  40-66
  3.1 工艺参数的影响  40-55
    3.1.1 球磨工艺的影响  40-42
    3.1.2 煅烧过程中粉体的变化  42-49
    3.1.3 成型方式的影响  49-50
    3.1.4 预烧的影响  50-51
    3.1.5 烧结时间的影响  51-55
  3.2 不同Al_2O_3原料的影响  55-59
  3.3 烧结助剂的影响  59-66
第4章 结论  66-68
参考文献  68-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 生产过程与设备
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