鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷及其制備方法，屬于陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]利用稀土離子上轉(zhuǎn)換效應(yīng)獲得短波長(zhǎng)發(fā)光的固態(tài)光源在高密度全息存儲(chǔ)、全色顯示、光刻和光譜學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了各種稀土離子摻雜材料的研究進(jìn)展。稀土 Er3+具有優(yōu)良的紅綠光上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能是稀土離子發(fā)光領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。同時(shí)，稀土離子上轉(zhuǎn)換技術(shù)對(duì)基質(zhì)材料的要求低，可以使稀土離子摻雜到晶體、玻璃、甚至是液體中作為激光工作物質(zhì)實(shí)現(xiàn)激光輸出。
[0003]鉭鈮酸鉀鋰(I yLiyTai xNbx03，KLTN)是鉭酸鉀鋰(K: xLixTa03)和鈮酸鉀鋰(Ki xLixNb03)的固熔體，是在鉭鈮酸鉀(KTai xNbx03>晶體的基礎(chǔ)上通過(guò)替代元素改性發(fā)展而來(lái)。鈣鈦礦型鉭鈮酸鉀鋰因?yàn)榫哂写蟮难苌湫省⒖焖俚捻憫?yīng)時(shí)間和特殊的固定機(jī)制在光電開(kāi)關(guān)和全息存儲(chǔ)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。鎢青銅型鉭鈮酸鉀鋰具有優(yōu)秀的二次諧波產(chǎn)生性能，主要應(yīng)用在激光倍頻領(lǐng)域。我們前期的工作已經(jīng)對(duì)鉭鈮酸鉀鋰晶體進(jìn)行稀土摻雜及頻率上轉(zhuǎn)換的研究。鉭鈮酸鉀鋰的制備比較困難，對(duì)生長(zhǎng)條件要求較高，因此需要開(kāi)發(fā)新形態(tài)的材料進(jìn)行稀土摻雜研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]目的:為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷及其制備方法。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷的制備方法，其特征在于，利用固相反應(yīng)法，包括以下步驟:
步驟1)、配料:碳酸鉀(K2C03)、碳酸鋰(Li2C03)、氧化鉭(Ta205)、氧化鈮(Nb205)粉末按照0.6:0.4:0.5:0.5的摩爾比例稱量配料，并按照摻雜濃度分別為Er3+單摻0.lmol%-l.0mol%加入氧化鉺(Er203)粉末；其中使用的K2C03、Li2C03、Ta205和Nb 205粉末的摩爾比例，是鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷制備成敗的基本條件。
[0006]步驟2 )、研磨，得到粉料；
步驟3)、壓片:使用液壓機(jī)將粉料壓成原料片；
預(yù)燒:將原料片裝入剛玉坩禍，并在原料片上覆蓋配比相同的粉料，放入馬弗爐中，以150°C /h升溫至100°C，并保持30min ；以150°C /h升溫至800-950°C，并保持6_10h ；以200°C /h降溫至室溫，完成預(yù)燒過(guò)程；此過(guò)程使原料進(jìn)行充分的化學(xué)反應(yīng)。
[0007]步驟4)、二次研磨:將預(yù)燒后的原料片放在瑪瑙研缽中，搗碎、研磨；加入無(wú)水乙醇，研磨至無(wú)水乙醇揮發(fā)干凈，多次重復(fù)操作；滴入一定聚乙烯醇(PVA)溶液，研磨至聚乙烯醇溶液揮發(fā)干凈；再加入無(wú)水乙醇，研磨至無(wú)水乙醇揮發(fā)干凈，放入烘干箱烘干；
步驟5)、壓片造粒:將粉料壓成原料片，放置若干小時(shí)； 過(guò)篩:將原料片搗碎，經(jīng)過(guò)150目和200目的篩子篩選，得粒度介于75 μ m?106 μ m的原料顆粒；以便獲得顆粒均勻的晶粒。
[0008]步驟6)、燒結(jié):稱取步驟5)處理得到的原料顆粒0.8g/份，壓片，直徑為13.5mm ;裝入剛玉坩禍，放入馬弗爐中，以150°C /h升溫至100°C，并保持30min ;以150°C /h升溫至500-600°C，并保持2-4h，進(jìn)行排出PVA的排膠過(guò)程；以150。。/h升溫至850。。，以60。。/h升溫至1170-1175°C，保持4-6 h ;以40°C /h降溫至800°C，以120°C /h至室溫，完成燒結(jié)過(guò)程，即得鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷。
[0009]步驟1)中，碳酸鉀、碳酸鋰、氧化鉭、氧化鈮和氧化鉺的純度不低于99.9%。
[0010]作為優(yōu)選方案，步驟1)中，氧化鉺的摻雜濃度為Er3+單摻0.lmo 1%、0.2mo 1%、0.5mol% 或 1.0mol%。
[0011]步驟2)中，研磨具體是指:將混合后的粉末放入瑪瑙研缽中，研磨；加入無(wú)水乙醇研磨，直至無(wú)水乙醇揮發(fā)干凈，重復(fù)加入無(wú)水乙醇研磨操作三次，以保證粉料能研磨及混合均勻，將研磨后的粉料放入剛玉坩禍中，放入烘干箱烘干，得到干燥的陶瓷生長(zhǎng)混合粉料。此步驟重復(fù)三次目的是使原料充分研磨并混合均勻。
[0012]步驟3)中，液壓機(jī)壓強(qiáng)為20Pa，保持一分鐘。
[0013]步驟4)中，二次研磨具體是指:將預(yù)燒后的原料片放在瑪瑙研缽中，搗碎、研磨至無(wú)大顆粒；加入10ml無(wú)水乙醇，研磨一小時(shí)以上，直至無(wú)水乙醇揮發(fā)干凈，重復(fù)加入10ml無(wú)水乙醇研磨操作兩次；滴入濃度為5%的聚乙烯醇(PVA)溶液20滴，研磨至溶液揮發(fā)干凈；加入10ml無(wú)水乙醇，研磨至無(wú)水乙醇揮發(fā)干凈，放入烘干箱烘干。
[0014]對(duì)預(yù)燒后的原料片進(jìn)行二次研磨過(guò)程，并在其中加入聚乙烯醇(PVA)溶液20滴起粘合作用，目的是使燒結(jié)好的原料在后續(xù)燒結(jié)過(guò)程中獲得更大更均勻的晶粒。
[0015]本發(fā)明提供的鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷，采用上述的鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷的制備方法制得，晶體結(jié)構(gòu)為四方相鎢青銅型。
[0016]有益效果:本發(fā)明中，利用固相反應(yīng)法開(kāi)創(chuàng)性的制備鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外在此項(xiàng)研究上的空白；能夠?qū)崿F(xiàn)鉺摻雜陶瓷的可控?zé)Y(jié)，并且陶瓷燒結(jié)致密度很高，成瓷效果很好。另外該方法相對(duì)工藝簡(jiǎn)單，不使用專用設(shè)備，不需要特殊氣氛生長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染等特點(diǎn)。該方法對(duì)于稀土摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷的大規(guī)模制備和應(yīng)用起到了重要的推動(dòng)作用。利用成熟的固態(tài)反應(yīng)方法可以進(jìn)行鉭鈮酸鉀鋰陶瓷的制備，且工藝簡(jiǎn)單，成本較低，樣品物理化學(xué)性能穩(wěn)定，此外，在陶瓷中可以摻雜較高濃度的稀土離子，方便進(jìn)行高濃度稀土離子摻雜陶瓷的結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能研究。因此本發(fā)明利用固相反應(yīng)方法進(jìn)行稀土 Er3+摻雜的鉭鈮酸鉀鋰陶瓷制備工藝，并獲得了較好的成果。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷的制備流程圖；
圖2為鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷樣品的粉末XRD模式圖；
圖3為鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷樣品的掃描電子顯微鏡表面和斷面形貌圖:(a) (b)0.lmol% Er3+:KLTN ； (c) (d) 0.2mol% Er3+:KLTN ； (e) (f) 0.5mol% Er3+:KLTN 陶瓷；
圖4為鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷樣品在975nm激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換熒光光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明做具體說(shuō)明:
實(shí)施例1:
如圖1所示，鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷通過(guò)以下步驟制備:
一、配料:純度為99.9%的碳酸鉀(K2C03)、碳酸鋰(Li2C03)、氧化鉭(Ta205)和氧化鈮(Nb205)粉末按照0.6:0.4:0.5:0.5的摩爾比例稱量10g配料四份，并在每份中分別按照摩爾比例0.lmol%、0.2mol%、0.5mol%和1.0mol%加入氧化鉺(Er203)粉末配制成陶瓷制備原料；
二、研磨:將混合后的粉末放入瑪瑙研缽中，研磨至無(wú)大的顆粒。加入10ml無(wú)水乙醇，研磨一小時(shí)以上，直至無(wú)水乙醇揮發(fā)干凈。此操作要重復(fù)三次，以保證粉料能研磨及混合均勻。將研磨后的粉料放入剛玉坩禍中，放入烘干箱烘干，得到干燥的混合粉末原料；