專利名稱：綠色發(fā)光七鋁酸十二鈣陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及七鋁酸十二鈣綠色發(fā)光陶瓷及其制備方法。
技術(shù)背景材料、能源和信息是現(xiàn)在社會進(jìn)步發(fā)展的三大支柱，作為三大支柱之一的發(fā)光陶瓷材 料在很大程度上決定和影響高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，隨著光電子和信息探測技術(shù)的快速發(fā)展， 需要有大量高性能的光學(xué)功能陶瓷材料來提供關(guān)鍵的物質(zhì)基礎(chǔ)。自從20世紀(jì)60年代初出現(xiàn)Al203透明陶瓷以來打破了陶瓷不透明的傳統(tǒng)概念。由于發(fā)光陶瓷具有陶瓷固有的耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度等特性外，還具有玻璃的光學(xué) 性能，可望用于液晶顯示器、等離子屏幕、有機(jī)EL—電致發(fā)光、太陽能電池、光通訊等發(fā) 光領(lǐng)域。找到一種對稱性低的透明陶瓷材料，且可被Er取代的有利于Er發(fā)射的基質(zhì)透明 陶瓷材料是必要的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是解決上述問題，提供一種Er摻雜可見發(fā)光陶瓷及其有效的制備方法。 本發(fā)明采用寬帶隙氧化物七鋁酸十二鈣透明陶瓷作為摻雜的陶瓷材料。由于七鋁酸十 二鈣透明陶瓷具有生產(chǎn)成本低、熱導(dǎo)率較高、抗熱沖擊力強(qiáng)。除此以外還具有熱穩(wěn)定性好、 密度小質(zhì)量輕、自然界含量高、環(huán)境友好等特點(diǎn)。穩(wěn)定性好有利于器件長時(shí)間工作、質(zhì)量 輕能應(yīng)用于航天工業(yè)、自然界含量高有利于降低成本、環(huán)境友好有利于可持續(xù)發(fā)展。基于 以上優(yōu)點(diǎn)，發(fā)明一種有效簡單制備C12A7透明發(fā)光陶瓷是必要的。然而，由于鉺與鈣的離 子半徑相近，鉺很容易取代鈣離子格位，鉺所處格位的晶體場對稱性低，從而有利于鉺的 光發(fā)射。本發(fā)明采用化學(xué)共沉淀法和電子束燒蝕的方法制備鉺摻雜的七鋁酸十二鈣(12CaO7Al203)透明陶瓷，溶膠凝膠法可將鉺離子均勻地?fù)饺氲交|(zhì)材料中，避免由于 摻雜不均勻而導(dǎo)致鉺離子的發(fā)光淬滅效應(yīng)的出現(xiàn)，減弱Er的發(fā)射強(qiáng)度。 本發(fā)明制備的方法具體步驟如下1. 首先將純A1(N03)3和Ca(N03)2原料按照14:12的化學(xué)劑量比在水相中于原子水平上 均勻混合；2. 將純Er(N03)3原料按照鉺與鋁的原子摩爾比0.5-2%進(jìn)行摻雜，均勻混合后加入沉 淀劑NH3，H20，調(diào)節(jié)陽離子之間的距離。考慮到各陽離子的沉淀速度隨著PH值的變化而 不同，導(dǎo)致產(chǎn)物的物相不單一，可將混合溶液緩慢倒入裝有過量NHyH20的燒杯中，以確 保各陽離子能夠按照一定的比例均勻沉淀，不會導(dǎo)致相分離；3. 將得到的凝膠前驅(qū)體在90-120。C的溫度下進(jìn)行烘干、去水；4. 將上述凝膠放到高溫爐中，在空氣氣氛下、1000-1200 。C燒結(jié)6-8個(gè)小時(shí)，即得到了 鉺摻雜的七鋁酸十二鈣粉體。5. 將得到的粉體樣品壓成直徑為20 mm，厚為5mm的靶材，將靶材在1200-1300 °C燒 結(jié)7-9個(gè)小時(shí)小時(shí)后取出，放到真空室中用電子束燒蝕，燒蝕后經(jīng)機(jī)械拋光得到透明陶瓷 樣品。12Ca0.7Al203晶格常數(shù)是1.199 nm，單胞包括兩個(gè)分子，十二個(gè)籠子。每個(gè)籠子的空 間直徑為0.4 nm。其化學(xué)公式可表示成[(^24^28064]4++202':前面的部分代表晶格的框架結(jié) 構(gòu)，后一部分叫做"多余氧離子"，每個(gè)籠子平均有+1/3電荷。本發(fā)明的積極效果是1. 本發(fā)明采用寬帶隙氧化物七鋁酸十二鈣作為稀土鉺摻雜的基質(zhì)材料，由于其帶隙寬 達(dá)5.9eV，可使鉺發(fā)光的溫度淬滅效應(yīng)減弱。2. 七鋁酸十二鈣的陽離子格位受到獨(dú)特的籠腔結(jié)構(gòu)內(nèi)部束縛的氧離子基團(tuán)的調(diào)制作 用，使得局部晶體場對稱性較低，有益于增強(qiáng)鉺的光發(fā)射。3. 本發(fā)明制備的鉺摻雜的七鋁酸十二鈣透明陶瓷，在可見光的綠色發(fā)射得到了很強(qiáng)的 鉺的光發(fā)射，結(jié)果表明鉺摻雜的七鋁酸十二鈣透明陶瓷有望應(yīng)用于全彩顯示以及光通訊等 領(lǐng)域。
圖1是0.5%、 1%和2%鉺摻雜的七鋁酸十二鈣透明陶瓷的發(fā)光光譜；圖2是0.5%、 1%和2%鉺摻雜的七鋁酸十二鈣透明陶瓷的激發(fā)發(fā)射譜； 圖3是0.5%、 1%和2%鉺摻雜的七鋁酸十二鈣透明陶瓷的XRD譜圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明。 實(shí)施例11、 取11.36757 g( 0.03030 mol)純度為99.99%的A1(N03)3粉末和6.13377 g(0.02597mo1) 純度為99.95%的Ca(N03)3原料按照14:12的化學(xué)劑量比在水相中于原子水平上均勻混合；2、 再把0.04705 g (0.000130 moD ^度為99.99%的Er(N03)3原料按照鉺與鋁的原子 摩爾比0.5%進(jìn)行摻雜，均勻混合后加入沉淀劑NH3.H20，調(diào)節(jié)陽離子之間的距離。將混合 溶液緩慢倒入裝有過量NH3.H20的燒杯中，以確保各陽離子能夠按照一定的比例均勻沉淀， 不會導(dǎo)致相分離，獲得0.5%鉺摻雜的七鋁酸十二鈣(12CaO7Al203)凝膠前驅(qū)體。3、 將得到的鉺摻雜的七鋁酸十二鈣(12CaO7Al203)凝膠前驅(qū)體在120°C的溫度下進(jìn)行烘干、去水； ，4、 放到高溫爐中，在空氣氣氛下、1100。C燒結(jié)8個(gè)小時(shí)，即得到了 0.5%鉺摻雜的七鋁酸十二鈣粉體。5、 .將得到的粉體樣品壓成直徑為20-mm，厚為5-mm的靶材，將靶材在1300度下燒 結(jié)8小時(shí)后取出，放到真空室中用電子束燒蝕，燒蝕后經(jīng)機(jī)械拋光得到透明陶瓷樣品。由圖1、圖2和圖3所示的0.5%鉺摻雜的七鋁酸十二鈣陶瓷在可見區(qū)的綠色發(fā)射光譜、 激發(fā)光譜以及XRD圖，本發(fā)明的0.5%鉺摻雜的七鋁酸十二鈣陶瓷在522nm及545 nm波 段得到了強(qiáng)的發(fā)光強(qiáng)度。實(shí)施例2 ，1. 取11.36757 g(0.O303O mol)純度為99.99%的A1(N03)3粉末和6.13377 g(0.02597moD純度為99.95%的Ca(N03)3原料按照14:12的化學(xué)劑量比在水相中于原子水平上均勻混合 合.2、 再把0.0941038 g (0.00025974 mol)純度為99.99%的Er(N03)3原料按照鉺與鋁的 原子摩爾比1%進(jìn)行摻雜，均勻混合后加入沉淀劑NH3.H20，調(diào)節(jié)陽離子之間的距離。將混合溶液緩慢倒入裝有過量NH3.H20的燒杯中，以確保各陽離子能夠按照一定的比例均勾沉 淀，不會導(dǎo)致相分離，獲得1%鉺摻雜的七鋁酸十二鈣^12CaO7Al203)凝膠前驅(qū)體。3、 將得到的1%鉺摻雜的七鋁酸十二鈣(12CaO7Al203)凝膠前驅(qū)體在120°C的溫度 下進(jìn)行烘干、去水；4、 放到高溫爐中，在空氣氣氛下、1200。C燒結(jié)7個(gè)小時(shí)，即得到了 1%鉺摻雜的七鋁 酸十二鈣粉體。5、 將得到的粉體樣品壓成直徑為20-mm，厚為5-mm的靶材，將靶材在1300度下燒 結(jié)8小時(shí)后取出，放到真空室中用電子束燒蝕，燒蝕后經(jīng)機(jī)械拋光得到透明陶瓷樣品。由圖l、圖2和圖3所示的1%鉺摻雜的七鋁酸十二鈣陶瓷在綠色可見區(qū)的發(fā)射光譜、 激發(fā)光譜以及XRD圖，本發(fā)明的1%摻雜的七鋁酸十二鈣陶瓷在522 nm及545 nm波段得 到了強(qiáng)的發(fā)光強(qiáng)度實(shí)施例3步驟與實(shí)施例l、 2相同，只是第2步再把0.04705 g (0.000130 mol)純度為99.99% 的Er(N03)3原料按照鉺與鋁的原子摩爾比2%進(jìn)行摻雜，制得2 %的七鋁酸十二鈣陶瓷。
權(quán)利要求
1、綠色發(fā)光七鋁酸十二鈣陶瓷的制備方法，其特征是具體步驟如下(1).首先將純Al(NO3)3和Ca(NO3)3原料按照14∶12的化學(xué)劑量比在水相中于原子水平上均勻混合；(2).將純Er(NO3)3原料按照鉺與鋁的原子摩爾比0.5-2％進(jìn)行摻雜，均勻混合后將混合溶液緩慢倒入裝有過量NH3·H2O的燒杯中，確保各陽離子能夠按照一定的比例均勻沉淀；(3).將得到的凝膠前驅(qū)體在100-120℃的溫度下進(jìn)行烘干、去水；(4).將上述凝膠放到高溫爐中，在空氣氣氛下、1000-1200℃燒結(jié)6-8個(gè)小時(shí)，即得到了鉺摻雜的七鋁酸十二鈣粉體；(5).將得到的粉體樣品壓成直徑為20mm，厚為5mm的靶材，將靶材在1200-1300℃下燒結(jié)7-9小時(shí)后取出，放到真空室中用電子束燒蝕，燒蝕后經(jīng)機(jī)械拋光得到透明陶瓷樣品。
2、 按照權(quán)利要求1所述的綠色發(fā)光七鋁酸十二鈣陶瓷的制備方法，其特征是具體步驟 如下(1.)取11.36757 g純度為99.99%的A1(N03)3粉末和6.13377 g純度為99.95%的Ca(N03)3 原料按照14:12的化學(xué)劑量比在水相中于原子水平上均勻混合合；(2 )再把0.0941038 g純度為99.99%的Er(N03)3原料按照鉺與鋁的原子摩爾比1%進(jìn)行 摻雜，均勻混合后加入沉淀劑NH3.H20，調(diào)節(jié)陽離子之間的距離，將混合溶液緩慢倒入裝有 過量NH3.H20的燒杯中，以確保各陽離子能夠按照一定的比例均勻沉淀，不會導(dǎo)致相分離， 獲得1%鉺摻雜的七鋁酸十二鈣凝膠前驅(qū)體；(3 )將得到的1%鉺摻雜的七鋁酸十二鈣凝膠前驅(qū)體在120°C的溫度下進(jìn)行烘干、去水；(4) 放到高溫爐中，在空氣氣氛下、1200。C燒結(jié)8個(gè)小時(shí)，即得到了1%鉺摻雜的七鋁 酸十二鈣粉體；(5) 將得到的粉體樣品壓成直徑為20mm，厚為5mm的靶材，將靶材在1300度下燒結(jié) 8小時(shí)后取出，放到真空室中用電子束燒蝕，燒蝕后經(jīng)機(jī)械拋光得到透明陶瓷樣品。
3、 綠色發(fā)光七鋁酸十二鈣陶瓷，其特征是12Ca0.7Al203晶格常數(shù)是1.199 nm，單胞包 括兩個(gè)分子，十二個(gè)籠子，每個(gè)籠子的空間直徑為0.4 nm，其化學(xué)公式可表示成 [(^24^28064]4++202-:前面的部分代表晶格的框架結(jié)構(gòu)，后一部分叫做"多余氧離子"，每個(gè) 籠子平均有+1/3電荷。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及具體涉及七鋁酸十二鈣綠色發(fā)光陶瓷及其制備方法。本發(fā)明用化學(xué)共沉淀法結(jié)合電子束燒蝕經(jīng)機(jī)械拋光處理技術(shù)制備成透明陶瓷，在1100℃熱處理溫度下，通過調(diào)整鉺與鈣離子的摩爾比，獲得具有高效綠色發(fā)光的七鋁酸十二鈣粉體，粉體經(jīng)電子束燒蝕和機(jī)械拋光制的透明陶瓷。采用寬帶隙氧化物七鋁酸十二鈣作為鉺摻雜的陶瓷材料，以減弱稀土Er發(fā)射的溫度淬滅效應(yīng)；七鋁酸十二鈣本身獨(dú)特的籠腔結(jié)構(gòu)內(nèi)部束縛了氧離子基團(tuán)，以及陽離子格位對稱性較低的特性有益于增強(qiáng)Er的發(fā)射。本發(fā)明可降低燒結(jié)溫度250℃；且成本低廉、條件可控、工藝簡單，可應(yīng)用于全彩顯示和光通訊等領(lǐng)域。
文檔編號C04B35/622GK101602601SQ200910067109
公開日2009年12月16日 申請日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者劉玉學(xué), 劉益春, 徐長山, 李進(jìn)輝, 鐘殿強(qiáng) 申請人:東北師范大學(xué)