專利名稱：氟氧化物玻璃陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體激光材料領(lǐng)域，尤其是涉及ー種摻釹含氟磷酸鈣或氟磷酸鍶納米晶的透明氟氧化物玻璃陶瓷及其制備方法。
背景技術(shù)：
釹離子摻雜氟磷酸鈣或氟磷酸鍶單晶都是可實現(xiàn)低閾值高效率激光運轉(zhuǎn)的激光材料(參見 X. Zhang et al.，Appl. Phys. Lett. ,64(1994) 10-12)。但是，該類晶體生長成本較高、熱機械性能較差，因而難以輸出高功率激光。玻璃陶瓷是對玻璃進行晶化處理后，獲得的玻璃相和晶相共存的復合材料。通過 控制晶化過程，可以獲得透明玻璃陶瓷。這類玻璃陶瓷能夠結(jié)合稀土離子在晶體場環(huán)境中好的發(fā)光性能和玻璃本身的良好熱機械性能、低成本、易得到異型材料等優(yōu)點。實現(xiàn)這種結(jié)合的關(guān)鍵是稀土離子進入晶相且玻璃保持透明性。國際上已有摻釹鋰鋁硅酸鹽玻璃陶瓷實現(xiàn)I. 06微米激光的報道，但是其運轉(zhuǎn)斜率效率最高僅為O. 15%左右(參見U. Kang et al.，J. Non-Cryst. Solids, 278 (2000) 75-84.)。該類材料由于釹離子很難進入硅酸鋁鋰納米晶相中，降低了其實際應(yīng)用價值。本發(fā)明通過調(diào)整組分和熱處理條件，可制備出摻釹含氟磷酸鈣或氟磷酸鍶納米晶的氟氧化物玻璃陶瓷。該玻璃陶瓷在可見及近紅外波段有較高的透過率，且釹離子以較高比例進入氟磷酸鈣或氟磷酸鍶晶相中，具有高的發(fā)光量子效率和發(fā)射截面。因而使其成為具有應(yīng)用前景的I. 06微米固體激光材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種摻釹的含氟磷酸鈣或氟磷酸鍶納米晶的透明玻璃陶瓷的組分及其制備エ藝，目的在于制備出熱機械性能穩(wěn)定，可用于實現(xiàn)I. 06微米激光運轉(zhuǎn)的透明玻璃陶瓷。本發(fā)明制備的玻璃陶瓷組分為(摩爾比)aSi02-bAl203-cP203-dAC03-eAF2-fLa203-gLi2C03-hB203-iZr02 : jNd203其中A= Ca，Sr ;24 く a く 34，13 く b く 23，7 く c く 17，15 く d く 25，13 く e< 23，O < f く 2，O < g く 2，O < h く 2，O < i く 2，O. 05 く j く 2. 5，a+b+c+d+e+f+g+h+i=IOOo本發(fā)明采用如下制備エ藝將粉體原料研磨后加熱熔融，在1450-1500°C保溫，成型退火后，再加熱到770-840°C，退火后即獲得所述的玻璃陶瓷。本發(fā)明的玻璃陶瓷與已實現(xiàn)激光運轉(zhuǎn)的摻釹鋰鋁硅酸鹽玻璃陶瓷相比，具有更高 的激光運轉(zhuǎn)效率；與已有的摻釹氟磷酸鈣或氟磷酸鍶激光晶體相比，具有制備エ藝簡單、成本低廉、易得到異型材料和熱機械性能穩(wěn)定等優(yōu)點。
具體實施例方式實例I :將分析純的 SiO2, Al2O3' P203、CaCO3> CaF2、La203、Li2CO3' B203、ZrO2 粉體和純度為 99. 99% 的 Nd2O3 粉體，按 29. 4Si02_18. 0Α1203_12· 0Ρ203_20· 0CaC03_18· OCaF2-O. 3La203-0. 5Li2C03-0. 3B203-0. 5Zr02 0. INd2O3(摩爾比)的配比稱量后，研磨O. 5小時。將研磨后的粉體置于石英坩堝中加熱熔融，在1450°C保溫O. 5小時，再將玻璃熔體快速澆鑄到預熱溫度為280V的銅模中成型，將獲得的玻璃在690 V下退火2小時消除內(nèi)應(yīng)カ后，再加熱至IJ 790°C，保溫24小時，即得到透明玻璃陶瓷。玻璃陶瓷中含有大量尺寸為10-50nm的六方相氟磷酸鈣納米晶。樣品經(jīng)過表面拋光處理，在可見范圍內(nèi)最高透過率可達81.5%。該透明玻璃陶瓷中Nd3+離子的峰值發(fā)射波長為1062nm、峰值發(fā)射截面為3. 16X 10_2°cm2，激光上能級的熒光壽命為273 μ S、熒光量子效率達64%?？勺鳛樵鲆娼橘|(zhì)應(yīng)用于固體激光器，輸1062nm波長的激光。實例2 :將分析純的 SiO2, Al2O3' P203、CaCO3> CaF2、La203、Li2CO3' B203、ZrO2 粉體和純度為 99. 99% 的 Nd2O3 粉體，按 29. 4Si02_18. 0Α1203_12· 0Ρ203_20· 0CaC03_18· OCaF2-O. 3La203-0. 5Li2C03-0. 3B203-0. 5Zr02 I. ONd2O3(摩爾比)的配比稱量后，研磨O. 5小時。將研磨后的粉體置于石英坩堝中加熱熔融，在1450°C保溫O. 5小時，再將玻璃熔體快速澆鑄到預熱溫度為280V的銅模中成型，將獲得的玻璃在690 V下退火2小時消除內(nèi)應(yīng)カ后，再加熱 至IJ 790°C，保溫24小時，即得到透明玻璃陶瓷。玻璃陶瓷中含有大量尺寸為10-50nm的六方相氟磷酸鈣納米晶。樣品經(jīng)過表面拋光處理，在可見范圍內(nèi)最高透過率可達79.5%。該透明玻璃陶瓷Nd3+離子的峰值發(fā)射波長為1062nm、峰值發(fā)射截面為2. 42 X 10_2°cm2，激光上能級的突光壽命為210 μ S、突光量子效率達49%?？勺鳛樵鲆娼橘|(zhì)應(yīng)用于固體激光器,輸出1062nm波長的激光。實例3 :將分析純的 SiO2, Al2O3' P203、CaCO3> CaF2、La203、Li2CO3' B203、ZrO2 粉體和純度為 99. 99% 的 Nd2O3 粉體，按 29. 4Si02_18. 0Α1203_12· 0Ρ203_20· 0CaC03_18· OCaF2-O. 3La203-0. 5Li2C03-0. 3B203-0. 5Zr02 2. ONd2O3(摩爾比)的配比稱量后，研磨O. 5小時。將研磨后的粉體置于石英坩堝中加熱熔融，在1450°C保溫O. 5小時，再將玻璃熔體快速澆鑄到預熱溫度為280V的銅模中成型，將獲得的玻璃在690 V下退火2小時消除內(nèi)應(yīng)カ后，再加熱至IJ 790°C，保溫24小時，即得到透明玻璃陶瓷。玻璃陶瓷中含有大量尺寸為10-50nm的六方相氟磷酸鈣納米晶。樣品經(jīng)過表面拋光處理，在可見范圍內(nèi)最高透過率可達77.2%。該透明玻璃陶瓷Nd3+離子的峰值發(fā)射波長為1062nm、峰值發(fā)射截面為I. 72 X 10_2°cm2，激光上能級的突光壽命為150 μ S、突光量子效率達35%?？勺鳛樵鲆娼橘|(zhì)應(yīng)用于固體激光器,輸出1062nm波長的激光。實例4 :將分析純的 SiO2, Al2O3' P203、SrCO3> SrF2, La203、Li2CO3' B203、ZrO2 粉體和純度為 99. 99% 的 Nd2O3 粉體，按 29. 4Si02_18. 0Α1203_12· 0Ρ203_20· 0SrC03-18. OSrF2-O. 3La203-0. 5Li2C03-0. 3B203-0. 5Zr02 0. INd2O3(摩爾比)的配比稱量后，研磨O. 5小時。將研磨后的粉體置于石英坩堝中加熱熔融，在1480°C保溫O. 5小時，再將玻璃熔體快速澆鑄到預熱溫度為280°C的銅模中成型，將獲得的玻璃在720°C下退火2小時消除內(nèi)應(yīng)カ后，再加熱到820°C，保溫2小吋，即得到透明玻璃陶瓷。玻璃陶瓷中含有大量尺寸為30-50nm的六方相氟磷酸鍶納米晶。樣品經(jīng)過表面拋光處理，在可見范圍內(nèi)最高透過率可達75.6%。該透明玻璃陶瓷Nd3+離子的峰值發(fā)射波長為1059nm、峰值發(fā)射截面為3. 62 X 10_2°cm2，激光上能級的突光壽命為288 μ S、突光量子效率達82%。可作為增益介質(zhì)應(yīng)用于固體激光器,輸出1059nm波長的激光。
實例5 :將分析純的 SiO2, Al2O3' P203、SrCO3> SrF2, La203、Li2CO3' B203、ZrO2 粉體和純度為 99. 99% 的 Nd2O3 粉體，按 29. 4Si02_18. 0Α1203_12· 0Ρ203_20· 0SrC03-18. OSrF2-O. 3La203-0. 5Li2C03-0. 3B203-0. 5Zr02 I. ONd2O3(摩爾比)的配比稱量后，研磨O. 5小時。將研磨后的粉體置于石英坩堝中加熱熔融，在1480°C保溫O. 5小時，再將玻璃熔體快速澆鑄到預熱溫度為280°C的銅模中成型，將獲得的玻璃在720°C下退火2小時消除內(nèi)應(yīng)カ后，再加熱到820°C，保溫2小吋，即得到透明玻璃陶瓷。玻璃陶瓷中含有大量尺寸為30-50nm的六方相氟磷酸鍶納米晶。樣品經(jīng)過表面拋光處理，在可見范圍內(nèi)最高透過率可達70.6%。該透明玻璃陶瓷Nd3+離子的峰值發(fā)射波長為1059nm、峰值發(fā)射截面為3. 09 X 10_2°Cm2，激光上能級的突光壽命為246 μ S、突光量子效率達70%?？勺鳛樵鲆娼橘|(zhì)應(yīng)用于固體激光器,輸出1059nm波長的激光。實例6 :將分析純的 SiO2, Al2O3' P203、SrCO3> SrF2, La203、Li2CO3' B203、ZrO2 粉體和純度為 99. 99% 的 Nd2O3 粉體，按 29. 4Si02_18. 0Α1203_12· 0Ρ203_20· 0SrC03-18. OSrF2-O. 3La203-0. 5Li2C03-0. 3B203-0. 5Zr02 2. ONd2O3(摩爾比)的配比稱量后，研磨O. 5小時。將研磨后的粉體置于石英坩堝中加熱熔融，在1480°C保溫O. 5小時，再將玻璃熔體快速澆鑄到預熱溫度為280°C的銅模中成型，將獲得的玻璃在720°C下退火2小時消除內(nèi)應(yīng)カ后，再加熱到820°C，保溫2小吋，即得到透明玻璃陶瓷。玻璃陶瓷中含有大量尺寸為30-50nm的六方相氟磷酸鍶納米晶。樣品經(jīng)過表面拋光處理，在可見范圍內(nèi)最高透過率可達68.6%。該透 明玻璃陶瓷Nd3+離子的峰值發(fā)射波長為1059nm、峰值發(fā)射截面為2. 47 X 10_2°Cm2，激光上能級的突光壽命為202 μ S、突光量子效率達56%?？勺鳛樵鲆娼橘|(zhì)應(yīng)用于固體激光器,輸出1059nm波長的激光。
權(quán)利要求
1.一種氟氧化物玻璃陶瓷，其特征在于該玻璃陶瓷組分為(摩爾比) aSi02-bAl203-cP203-dAC03-eAF2-fLa203-gLi2C03-hB203-iZr02 : J-Nd2O3其中A = Ca，Sr ;24 < a < 34，13 < b < 23，7 < c < 17，15 < d < 25，13 < e < 23，O≤f <2,0≤g<2,0≤h<2,0≤ i < 2,0. 05 < j < 2. 5, a+b+c+d+e+f+g+g+i = 100。
2.如權(quán)利要求I所述的玻璃陶瓷的制備方法，其特征在于將粉體原料研磨后加熱熔融，在1450-1500°C保溫，成型退火后，再加熱到770-840°C，退火后即獲得所述的玻璃陶瓷。
3.如權(quán)利要求I所述的玻璃陶瓷的用途，其特征在于該玻璃陶瓷作為激光材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種摻釹透明玻璃陶瓷及其制備方法，涉及固體激光材料領(lǐng)域。本發(fā)明提供一種具有高的發(fā)光量子效率的摻釹含氟磷酸鹽納米晶的透明氟氧化物玻璃陶瓷，結(jié)合激活離子釹在氟磷酸鹽納米晶中好的發(fā)光性能和玻璃本身的良好熱機械性能、低成本、易得到異型材料等優(yōu)點。該玻璃陶瓷可作為固體激光材料。
文檔編號C03B32/02GK102659319SQ201210125358
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者張思念, 林炎富, 羅遵度, 陳雨金, 黃建華, 黃藝東, 龔興紅 申請人:中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所