專利名稱：一種摻鉺含氟化鈣納米晶的透明玻璃陶瓷及其溶膠-凝膠制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及玻璃陶瓷領域，尤其是涉及一種含氟化鈣納米晶氟氧化物透明 玻璃陶瓷及其溶膠-凝膠制備方法。
背景技術：
玻璃陶瓷是玻璃相通過部分晶化而得，是玻璃和晶體的復合體；通過控制 晶化過程，可得到透明的玻璃陶瓷。氟氧化物透明玻璃陶瓷是一種兼有氟化物 低聲子能量和氧化物機械強度與熱穩(wěn)定性的新型發(fā)光材料，在光通訊領域具有 極大的應用前景，受到國內(nèi)外學者的特別關注。制備透明玻璃陶瓷材料的傳統(tǒng) 方法是熔融淬冷法，其制備條件要求高溫，給研究和生產(chǎn)都帶來不便；另外， 用該法制備的材料組分分布不夠均勻，且由于高溫熔融時部分原料蒸發(fā)，導致 最終材料組分偏離設計值(參考R.T. G6nova等，J. Alloy Comp., 380(2004)167)。 用溶膠一凝膠方法制備玻璃和陶瓷材料，可以克服熔融淬冷法固有的一些缺陷， 具有反應溫度低、材料組分精確可控且分布均勻的優(yōu)點。本發(fā)明采用溶膠一凝 膠方法制備出了摻鉺含氟化鈣納米晶的透明玻璃陶瓷，該材料在發(fā)光領域具有 重要的應用前景。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種含氟化鈣納米晶氟氧化物玻璃陶瓷及其溶膠一凝膠制備工 藝，目的在于制備出具有高透明性、結構穩(wěn)定、可用于實現(xiàn)從紅外到可見光上 轉(zhuǎn)換的透明玻璃陶瓷塊體。本發(fā)明制備的氟氧化物玻璃陶瓷的組分為xCaF2 — ySi02 — zErF, (x=5-10mol%, y二 (100—x — z) mol%， z=0 —lmol%)。
本發(fā)明采用如下制備工藝將醋酸鈣(Ca(AC)23H20)、醋酸鉺(Er(AC)3)、 三氟乙酸(TFA)和水在燒杯中混合，并加熱溶解，得到透明溶液(下面簡稱A 溶液)；在另一燒杯中加入正硅酸乙酯(TEOS)、無水乙醇和水混合攪拌(下面 簡稱B溶液)，而后滴入水解催化劑，如HN03、 CH3〔:OOH等。將A溶液滴加 到B溶液中，攪拌得到均勻透明的溶膠。將該溶膠在室溫陳化后緩慢升溫至150 °C，干燥得到透明的干凝膠；將干凝膠在加熱爐中以l一l(TC/min的速率升溫 至35(TC — 100(TC，得到含氟化鈣納米晶玻璃陶瓷塊體。制備出的含氟化鈣納米晶氟氧化物玻璃陶瓷塊體純度高、均勻性好，呈高 度透明性。摻雜少量的鉺離子后，玻璃陶瓷塊體的均勻性和高透明性基本保持 不變。用FLS920熒光光譜儀測量的結果表明，采用以上設計組分與制備工藝獲 得的玻璃陶瓷，在紅外光(波長976mn)或近紫外光(波長378nm)激發(fā)下，可 以發(fā)射波長為525nm和540歷的綠光，以及波長為66()nm的紅光。本發(fā)明材料制備工藝簡單，成本較低，可以得到圓形或方形等各種符合使 用要求的形狀；本發(fā)明所采用的溶膠一凝膠制備方法，與H前制備含氟化轉(zhuǎn)納 米晶氟氧化物玻璃陶瓷材料采用的熔融淬冷法相比，制備溫度大大降低，且制 備出的玻璃陶瓷塊體純度高、均勻性好；由于無原料蒸發(fā)，最終組分與設計值 基本一致。通過控制熱處理制度，玻璃陶瓷中析出低聲子能量的氟化鈣納米晶， 并且實現(xiàn)大部分鉺離子進入納米晶環(huán)境中；在-定的激光激發(fā)條件下，玻璃陶 瓷發(fā)射可見光。本發(fā)明涉及的透明玻璃陶瓷是一種有重要應用前景的發(fā)光材料。
具體實施方式
實例1:將0. 005mol醋酸鈣(Ca(AC)23H20)、 0. 03mol三氟乙酸(TFA)、 0. 00025mol醋酸鉺(Er(AC)3)和0. 02mol水在燒杯中混合，并加熱溶解，得到 透明溶液(下面簡稱A溶液)；在另一燒杯中加入O.lniol正硅酸乙酯(TEOS)、0.4mol乙醇(CH3CH2OH)和0. 02mol水，滴入水解催化劑CH3COOH，混合攪 袢30min (下面簡稱B溶液)。將A溶液滴加到B溶液中，然后蓋上保鮮膜攪拌 4小時，得到均勻透明溶膠。將均勻溶膠倒入玻璃培養(yǎng)皿中，蓋上保鮮膜。嚴格控制其干燥速度--室溫 陳化1周后，在保鮮膜上均勻地刺上若千個小孔，加快其形成凝膠過程，同時 又保證凝膠不破裂；再經(jīng)過l周陳化后，緩慢升溫至15(TC千燥7天，得到透明 的千凝膠；將干凝膠在馬弗爐中以5XVmin速率升溫至80(TC，得到具有高透明 性、摻有0. 5%鉺離子的含氟化鈣納米晶玻璃陶瓷塊體(直徑10mm、厚度0. 5隱 的圓片)。在JEM-2010透射電子顯微鏡下觀察，材料中CaF2晶粒尺寸約為5-20mn。 FLS920熒光光譜儀測量結果表明，在378nm近紫外光激發(fā)下，材料發(fā)射紅、綠 色發(fā)光信號；在976mn紅外光激發(fā)下，材料發(fā)射較強的紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光信號。實例2:將0. 005mol醋酸轉(zhuǎn)(Ca(AC)23H20)、 0. 03mol三氟乙酸(TFA)、 0.0005mol醋酸鉺(Er(AC)3)和0. 02mol水在燒杯中混合，并加熱溶解，得到 透明溶液(下面簡稱A溶液)；在另一燒杯中加入O. lmol正硅酸乙酯(TEOS)、 0. 4rao1乙醇(CH3CH2OH)和0. 02mol水，滴入水解催化劑CH3COOH，混合攪 拌30miri (下面簡稱B溶液)。將A溶液滴加到B溶液中，然后蓋上保鮮膜攪拌 4小時，得到均勻透明溶膠。經(jīng)過與實例1相同的干燥和熱處理后，得到具有高透明性、摻有1.0%鉺離 子的含氟化鈣納米晶玻璃陶瓷塊體(直徑10腿、厚度0. 5mm的圓片)。在JEM-2010 型透射電子顯微鏡下觀察，材料中CaF2晶粒尺寸約為10-20歷；FLS920熒光光 譜儀測量結果表明，在378nm近紫外光激發(fā)下，材料發(fā)射紅、綠色發(fā)光信號； 在976rim紅外光激發(fā)下，材料發(fā)射強烈的紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光信號。
權利要求
1. 一種摻鉺含氟化鈣納米晶的透明玻璃陶瓷，其特征在于其化學組分為XCaF2-YSiO2-ZErF3，其中X＝5-10mol％，Y＝(100-X-Z)mol％，Z＝0-1mol％。
2. -種權利要求1的摻鉺含氟化鈣納米晶的透明玻璃陶瓷的溶膠-凝膠制備方 法，其特征在于采用溶膠-凝膠法制備。
3. 如權利要求2所述的摻鉺含氟化鈣納米晶的透明玻璃陶瓷的溶膠-凝膠制備 方法，其特征在于將醋酸鈣、醋酸鉺、三氟乙酸和去離子水混合后加熱溶 解，得到透明溶液A;將正硅酸乙酯、無水乙醇及水解催化劑醋酸混合均勻， 得到澄清溶液B;將A溶液滴加入B溶液中，并攪拌獲得透明溶膠；將透明溶膠陳化，干燥保溫得到干凝膠，而后再加熱到300 — 100(TC，即得到透明的玻璃陶瓷塊體材料。
全文摘要
一種氟化鈣二氧化硅納米晶透明玻璃陶瓷及其溶膠-凝膠制備方法，本發(fā)明涉及發(fā)光材料領域。其化學組分為XCaF₂-YSiO₂-ZErF₃(X＝5-10mol％，Y＝(100-X-Z)mol％，Z＝0-1mol％)。采用溶膠-凝膠法制備。在紅外光(波長976nm)和近紫外光(波長378nm)激發(fā)下，該玻璃陶瓷可以發(fā)射波長為525nm和540nm的綠光，以及波長為660nm的紅光。
文檔編號C03C10/00GK101209899SQ200610135389
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月27日 優(yōu)先權日2006年12月27日
發(fā)明者余運龍, 峰 劉, 周麗花, 王元生, 陳大欽 申請人:中國科學院福建物質(zhì)結構研究所