本發明涉及一種透明陶瓷及其制備方法，尤其涉及一種采用流延工藝制備透明陶瓷的方法，屬于先進陶瓷領域。
背景技術：
自1995年日本科學家ikesue以固相反應燒結法實現nd:yag透明陶瓷的連續激光輸出以來，激光陶瓷以其制備周期短、易實現均勻(梯度)和高濃度摻雜、易實現大尺寸和設計靈活性等優點而獲得快速發展，各種新型激光透明陶瓷材料層出不窮，如yb/nd:ysag、nd:y2o3、cr:zns等，現已在物理激光測量和激光醫療等領域獲得初步應用，其取代單晶成為下一代激光增益材料正逐步成為現實。在所有的激光透明陶瓷中，nd:yag以其優異的物理化學性質而成為研究最為廣泛、激光輸出效率最高的材料體系，其他稀土離子如yb、er、ho、tm和過渡金屬離子cr等摻雜的yag透明陶瓷在產生不同激光波長、調諧脈沖寬度(皮秒、飛秒等)等方面也引起了廣泛關注。
眾所周知，在透明陶瓷中存在的剩余氣孔、晶界雜質及摻雜偏析等光學散射中心是阻礙其光學質量超越單晶的最主要因素。作為激光增益材料，消除上述散射中心，降低其光學損耗，獲得完全致密、無剩余氣孔及晶界干凈的陶瓷材料尤為重要。然而，對于激光輸出，熱效應的控制可以說是激光系統的瓶頸，不能很好的控制熱效應，再好的光學質量透明陶瓷作為激光增益材料也會變得無意義。傳統的固相反應燒結法制備的yag透明陶瓷結構單一，不能有效的控制熱效應，而幾年來一些制備復合結構材料的方法，如：等離子噴涂法、加熱模壓法、激光熔覆法、磁控濺射法等等，存在制備成本高、光學質量差、透光率低、結構整體性差、熱效應控制能力一般等一系列問題。近年來，流延法制備復合結構材料已越來越受到人們的關注，是目前生產陶瓷薄片常用的方法之一,能制備單層或多層片式陶瓷基板,不僅為電子設備、電子元件的微小型化以及超大規模集成電路的實現提供了廣闊前景,而且為工程陶瓷的宏觀結構設計和微觀結構設計提供了可能,為材料的性能優化提供了一條新途徑且具有較好可靠性、可重復性和可批量生產性。其最重要的一點，流延法制備的復合結構透明陶瓷能很有效的控制激光熱效應，大幅度地提高了激光效率。
在采用流延制備多層(yag/re:yag/yag)復合結構透明陶瓷方面，文獻1(elizabethr.kupp,garyl.messing.j.mater.res,25(2010)0069-0076)在使用無水乙醇和甲苯作為溶劑，魚油作為分散劑，添加pvb粘結劑，bbp作為增塑劑并且在真空燒結后增加hip燒結步驟后制得的er:yag復合結構陶瓷整體晶粒偏大，界面結合處的離子擴散范圍較大，透光率只有在1645nm處相對好一些，其他波段普遍偏低。文獻2(xueweiba,jiangli,yanpingzeng.ceramicsinternational39(2013)4639–4643)采用水基流延法，以去離子水為溶劑，paa作為分散劑，pva為粘結劑，添加peg-400增塑劑。由于是采用水基系統，存在有機物的互溶性較差等問題，制得的流延漿料的穩定性不夠理想且流變特性較差，制備的素坯容易出現斷裂和裂痕，最終制得的復合結構陶瓷氣孔比較多，光學質量不是十分理想。文獻3(linge,jiangli.opticalmaterialsexpress4(2014)1042-1049)采用無水流延和固相反應燒結法制備yag/nd:yag/yag復合結構透明陶瓷，其添加劑分別為：魚油分散劑、粘結劑pvb、增塑劑peg-400和bbp。雖然制備的漿料流變特性較理想，但是制備的基帶均勻性差，素坯容易出現裂痕，最終燒結得到的陶瓷軸向透光率低，普遍低于80％。
在以上文獻中，流延工藝制得的多層(yag/re:yag/yag)復合結構透明陶瓷普遍存在漿料流變特性很一般、光學質量較差、軸向透光率較低、稀土離子的摻雜量不高、離子的擴散較大、整個制備工藝的花費相對較高，最終制備的復合結構透明陶瓷不能滿足高光學質量和良好的激光熱效應控制的多層復合結構透明陶瓷制備，特別是其在高功率、大尺寸和復合結構等方面的應用。
技術實現要素：
本發明的目的是為了改進現有技術的不足而提供一種透明陶瓷，本發明的陶瓷具有三層結構，通過這三層結構的組成的配合，可以改善得到的透明陶瓷的透光率，而且結構穩定性好。
本發明的技術方案為：
第一方面，本發明提供一種透明陶瓷，所述透明陶瓷包括由下到上的三層：純yag的底層；(y1-xrex)3al5o12的中間層；含有氧化鍶和yag的頂層；
其中，re為稀土元素鈰、鐠、釹、釤、銪、鋱、鏑、鈥、鉺、銩或鐿中的一種；0.3<x<0.5。
優選地，所述底層的厚度為0.1-0.15mm，例如為0.1mm、0.12mm、0.1mm、mm、mm、mm、mm、mm、優選為0.1mm。
優選地，所述中間層的厚度為0.05-0.08mm，優選為0.08mm。
優選地，所述頂層的厚度為0.05-0.12mm，優選為0.1mm。
優選地，所述底層中，所述頂層中，所述氧化鍶的質量占頂層總質量的0.3-0.6％，例如為0.3％、0.32％、0.35％、0.4％、0.43％、0.45％、0.5％或0.6％等。
第二方面，本發明提供如上所述的透明陶瓷的制備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)流延用漿料配置：分別按純yag的底層、(y1-xrex)3al5o12的中間層以及含有氧化鍶和yag的頂層各自的組成所需的金屬元素摩爾比分別稱量原料粉體，并加入燒結助劑、分散劑和溶劑配置漿料；在行星式球磨機上球磨混合后再加入粘結劑和增塑劑，再繼續球磨混合得到流延所用漿料；
(2)流延成型過程：將(1)中所得到的純yag的漿料、(y1-xrex)3al5o12的漿料以及含有氧化鍶和yag的頂層的漿料進行除泡處理，條件均為：真空環境-50--70kpa下攪拌5-10min；流延工藝參數為：刮刀與基帶的距離為0.3μm-0.7mm，流延速率為1-2cm/s；漿料經過流延基帶，并在熱空氣作用下蒸發溶劑，得到純yag的單層素坯、(y1-xrex)3al5o12的單層素坯以及含有氧化鍶和yag的單層素坯；
(3)成型及燒結：將制得的單層素坯疊層，成型，并煅燒，得到透明陶瓷。
本發明中，按純yag的底層的組成所需的原料粉體為al2o3粉體和y2o3的混合物。
本發明中，按(y1-xrex)3al5o12的中間層的組成所需的原料粉體為al2o3粉體和y2o3的混合物和re2o3粉體的混合粉體。
本發明中，按含有氧化鍶和yag的頂層的組成所需的原料粉體為al2o3粉體和y2o3的混合物和氧化鍶粉體的混合粉體。
優選地，所述燒結助劑為mgo和正硅酸乙酯。
優選地，所述的溶劑為無水乙醇和二甲苯混合溶液，其中無水乙醇和二甲苯的質量比為1:(1-2)。
優選地，所述分散劑為魚油。
優選地，所述粘結劑為聚乙烯醇縮丁醛。
優選地，所述增塑劑為聚乙二醇和鄰苯二甲酸丁芐酯。
優選地，步驟(1)中在行星式球磨機上球磨混合8-24小時后再加入粘結劑和增塑劑，再繼續球磨混合15-36小時得到流延所用漿料；球磨機轉速為120-240r/min。
所述純yag的單層素坯的厚度為0.1-0.15mm，優選為0.1mm。
優選地，所述(y1-xrex)3al5o12的單層素坯的厚度為0.05-0.08mm，優選為0.08mm。
優選地，所述含有氧化鍶和yag的單層素坯的厚度為0.05-0.12mm，優選為0.1mm。
優選地，所述成型的條件為：200-250℃，40-50mpa環境下30-45min。
本發明中，成型的溫度為200℃、210℃、215℃、220℃、230℃、240℃、245℃或250℃等。
本發明中，成型的壓力為40-50mpa，例如為40mpa、42mpa、45mpa、46mpa、48mpa或50mpa等。
優選地，所述煅燒的過程為：先在氮氣氣氛中400-500℃煅燒2-4小時穩定結構，再在空氣氣氛中600-800℃去除有機物，最后在真空環境中1900-2100℃燒結16-24小時。
與已有技術相比，本發明具有如下有益效果：
1.本發明通過調整底層、中間層和頂層的組成配方，協同改善了得到的透明陶瓷的透光率、結構穩定性和發光效率。本發明的透明陶瓷的透光率在85-90％；發光效率在150-1651m/w；2400h老化后發光強度的衰減在0～1％。
2.本發明的方法簡單、成本低、適合工業化生產。
具體實施方式
下面通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。
實施例1
本實施例提供一種透明陶瓷，包括由下到上的三層，分別為：0.1mm厚的純yag的底層；0.08mm厚的(y1-xrex)3al5o12的中間層；0.05mm厚的含有氧化鍶和yag的頂層；
其中，re為鈰，x為0.3，所述氧化鍶的質量占頂層的總質量的0.3％。
制備方法：
(1)流延用漿料配置：分別按純yag的底層、(y1-xrex)3al5o12的中間層以及含有氧化鍶和yag的頂層各自的組成所需的金屬元素摩爾比分別稱量原料粉體，并加入燒結助劑、分散劑和溶劑配置漿料；在行星式球磨機上球磨混合后再加入粘結劑和增塑劑，再繼續球磨混合得到流延所用漿料；
(2)流延成型過程：將(1)中所得到的純yag的漿料、(y1-xrex)3al5o12的漿料以及含有氧化鍶和yag的頂層的漿料進行除泡處理，條件均為：真空環境-70kpa下攪拌10min；流延工藝參數為：刮刀與基帶的距離為0.15mm，流延速率為1-2cm/s；漿料經過流延基帶，并在熱空氣作用下蒸發溶劑，得到純yag的單層素坯、(y1-xrex)3al5o12的單層素坯以及含有氧化鍶和yag的單層素坯；
(3)成型及燒結：將制得的單層素坯疊層，于200℃的溫度、45mpa的壓力下成型45min，先在氮氣氣氛中430℃煅燒2小時，再在空氣氣氛中650℃，最后在真空環境中2100℃燒結13小時，得到透明陶瓷。
本實施例的透明陶瓷的透光率在85-90％；發光效率在150-1651m/w；2400h老化后發光強度的衰減在0～1％。
實施例2
本實施例提供一種透明陶瓷，包括由下到上的三層，分別為：0.1mm厚的純yag的底層；0.08mm厚的(y1-xrex)3al5o12的中間層；0.05mm厚的含有氧化鍶和yag的頂層；
其中，re為鐠，x為0.5，所述氧化鍶的質量占頂層的總質量的0.6％。
制備方法：
(1)流延用漿料配置：分別按純yag的底層、(y1-xrex)3al5o12的中間層以及含有氧化鍶和yag的頂層各自的組成所需的金屬元素摩爾比分別稱量原料粉體，并加入燒結助劑、分散劑和溶劑配置漿料；在行星式球磨機上球磨混合后再加入粘結劑和增塑劑，再繼續球磨混合得到流延所用漿料；
(2)流延成型過程：將(1)中所得到的純yag的漿料、(y1-xrex)3al5o12的漿料以及含有氧化鍶和yag的頂層的漿料進行除泡處理，條件均為：真空環境-70kpa下攪拌5min；流延工藝參數為：刮刀與基帶的距離為0.7mm，流延速率為1cm/s；漿料經過流延基帶，并在熱空氣作用下蒸發溶劑，得到純yag的單層素坯、(y1-xrex)3al5o12的單層素坯以及含有氧化鍶和yag的單層素坯；
(3)成型及燒結：將制得的單層素坯疊層，于250℃的溫度、40mpa的壓力下成型45min，先在氮氣氣氛中400℃煅燒4小時，再在空氣氣氛中600℃，最后在真空環境中2100℃燒結12小時，得到透明陶瓷。
本實施例的透明陶瓷的透光率在85-90％；發光效率在150-1651m/w；2400h老化后發光強度的衰減在0～1％。
實施例3
本實施例提供一種透明陶瓷，包括由下到上的三層，分別為：0.1mm厚的純yag的底層；0.08mm厚的(y1-xrex)3al5o12的中間層；0.05mm厚的含有氧化鍶和yag的頂層；
其中，re為釤，x為0.35，所述氧化鍶的質量占頂層的總質量的0.5％。
制備方法：
(1)流延用漿料配置：分別按純yag的底層、(y1-xrex)3al5o12的中間層以及含有氧化鍶和yag的頂層各自的組成所需的金屬元素摩爾比分別稱量原料粉體，并加入燒結助劑、分散劑和溶劑配置漿料；在行星式球磨機上球磨混合后再加入粘結劑和增塑劑，再繼續球磨混合得到流延所用漿料；
(2)流延成型過程：將(1)中所得到的純yag的漿料、(y1-xrex)3al5o12的漿料以及含有氧化鍶和yag的頂層的漿料進行除泡處理，條件均為：真空環境-60kpa下攪拌5min；流延工藝參數為：刮刀與基帶的距離為0.2mm，流延速率為2cm/s；漿料經過流延基帶，并在熱空氣作用下蒸發溶劑，得到純yag的單層素坯、(y1-xrex)3al5o12的單層素坯以及含有氧化鍶和yag的單層素坯；
(3)成型及燒結：將制得的單層素坯疊層，于225℃的溫度、45mpa的壓力下成型40min，先在氮氣氣氛中450℃煅燒3小時，再在空氣氣氛中700℃，最后在真空環境中2000℃燒結18小時，得到透明陶瓷。
本實施例的透明陶瓷的透光率在85-90％；發光效率在150-1651m/w；2400h老化后發光強度的衰減在0～1％。
實施例4
本實施例提供一種透明陶瓷，包括由下到上的三層，分別為：0.12mm厚的純yag的底層；0.06mm厚的(y1-xrex)3al5o12的中間層；0.09mm厚的含有氧化鍶和yag的頂層；
其中，re為銪，x為0.45，所述氧化鍶的質量占頂層的總質量的0.45％。
制備方法：
(1)流延用漿料配置：分別按純yag的底層、(y1-xrex)3al5o12的中間層以及含有氧化鍶和yag的頂層各自的組成所需的金屬元素摩爾比分別稱量原料粉體，并加入燒結助劑、分散劑和溶劑配置漿料；在行星式球磨機上球磨混合后再加入粘結劑和增塑劑，再繼續球磨混合得到流延所用漿料；
(2)流延成型過程：將(1)中所得到的純yag的漿料、(y1-xrex)3al5o12的漿料以及含有氧化鍶和yag的頂層的漿料進行除泡處理，條件均為：真空環境-65kpa下攪拌8min；流延工藝參數為：刮刀與基帶的距離為0.5mm，流延速率為1.5cm/s；漿料經過流延基帶，并在熱空氣作用下蒸發溶劑，得到純yag的單層素坯、(y1-xrex)3al5o12的單層素坯以及含有氧化鍶和yag的單層素坯；
(3)成型及燒結：將制得的單層素坯疊層，于210℃的溫度、48mpa的壓力下成型35min，先在氮氣氣氛中420℃煅燒2.5小時，再在空氣氣氛中750℃，最后在真空環境中1950℃燒結20小時，得到透明陶瓷。
本實施例的透明陶瓷的透光率在85-90％；發光效率在150-1651m/w；2400h老化后發光強度的衰減在0～1％。
實施例5
本實施例提供一種透明陶瓷，包括由下到上的三層，分別為：0.1mm厚的純yag的底層；0.08mm厚的(y1-xrex)3al5o12的中間層；0.05mm厚的含有氧化鍶和yag的頂層；
其中，re為鈰，x為0.3，所述氧化鍶的質量占頂層的總質量的0.3％。
制備方法：
(1)流延用漿料配置：分別按純yag的底層、(y1-xrex)3al5o12的中間層以及含有氧化鍶和yag的頂層各自的組成所需的金屬元素摩爾比分別稱量原料粉體，并加入燒結助劑、分散劑和溶劑配置漿料；在行星式球磨機上球磨混合后再加入粘結劑和增塑劑，再繼續球磨混合得到流延所用漿料；
(2)流延成型過程：將(1)中所得到的純yag的漿料、(y1-xrex)3al5o12的漿料以及含有氧化鍶和yag的頂層的漿料進行除泡處理，條件均為：真空環境-55kpa下攪拌10min；流延工藝參數為：刮刀與基帶的距離為0.4mm，流延速率為2cm/s；漿料經過流延基帶，并在熱空氣作用下蒸發溶劑，得到純yag的單層素坯、(y1-xrex)3al5o12的單層素坯以及含有氧化鍶和yag的單層素坯；
(3)成型及燒結：將制得的單層素坯疊層，于240℃的溫度、50mpa的壓力下成型35min，先在氮氣氣氛中475℃煅燒3.8小時，再在空氣氣氛中675℃，最后在真空環境中2050℃燒結18小時，得到透明陶瓷。
本實施例的透明陶瓷的透光率在85-90％；發光效率在150-1651m/w；2400h老化后發光強度的衰減在0～1％。
對比例1
除不添加氧化鍶外，其他制備方法和條件與實施例1相同。
本對比例的透明陶瓷的透光率在75-78％；發光效率在130-1401m/w；2400h老化后發光強度的衰減在2～2.5％。
申請人聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細方法，但本發明并不局限于上述詳細方法，即不意味著本發明必須依賴上述詳細方法才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。