鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷及其制備方法，屬于陶瓷材料技術領域。
【背景技術】
[0002]利用稀土離子上轉換效應獲得短波長發光的固態光源在高密度全息存儲、全色顯示、光刻和光譜學等領域的廣泛應用促進了各種稀土離子摻雜材料的研究進展。稀土 Er3+具有優良的紅綠光上轉換發光性能是稀土離子發光領域的研究熱點。同時，稀土離子上轉換技術對基質材料的要求低，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實現激光輸出。
[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>晶體的基礎上通過替代元素改性發展而來。鈣鈦礦型鉭鈮酸鉀鋰因為具有大的衍射效率、快速的響應時間和特殊的固定機制在光電開關和全息存儲領域有很大的應用前景。鎢青銅型鉭鈮酸鉀鋰具有優秀的二次諧波產生性能，主要應用在激光倍頻領域。我們前期的工作已經對鉭鈮酸鉀鋰晶體進行稀土摻雜及頻率上轉換的研究。鉭鈮酸鉀鋰的制備比較困難，對生長條件要求較高，因此需要開發新形態的材料進行稀土摻雜研究。
【發明內容】
[0004]目的:為解決現有技術的不足，本發明提供一種鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷及其制備方法。
[0005]技術方案:為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為:
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:使用液壓機將粉料壓成原料片；
預燒: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，完成預燒過程；此過程使原料進行充分的化學反應。
[0007]步驟4)、二次研磨:將預燒后的原料片放在瑪瑙研缽中，搗碎、研磨；加入無水乙醇，研磨至無水乙醇揮發干凈，多次重復操作；滴入一定聚乙烯醇(PVA)溶液，研磨至聚乙烯醇溶液揮發干凈；再加入無水乙醇，研磨至無水乙醇揮發干凈，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； 過篩:將原料片搗碎，經過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: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，進行排出PVA的排膠過程；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，完成燒結過程，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；加入無水乙醇研磨，直至無水乙醇揮發干凈，重復加入無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混合粉料。此步驟重復三次目的是使原料充分研磨并混合均勻。
[0012]步驟3)中，液壓機壓強為20Pa，保持一分鐘。
[0013]步驟4)中，二次研磨具體是指:將預燒后的原料片放在瑪瑙研缽中，搗碎、研磨至無大顆粒；加入10ml無水乙醇，研磨一小時以上，直至無水乙醇揮發干凈，重復加入10ml無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，研磨至溶液揮發干凈；加入10ml無水乙醇，研磨至無水乙醇揮發干凈，放入烘干箱烘干。
[0014]對預燒后的原料片進行二次研磨過程，并在其中加入聚乙烯醇(PVA)溶液20滴起粘合作用，目的是使燒結好的原料在后續燒結過程中獲得更大更均勻的晶粒。
[0015]本發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，晶體結構為四方相鎢青銅型。
[0016]有益效果:本發明中，利用固相反應法開創性的制備鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷，填補了國內外在此項研究上的空白；能夠實現鉺摻雜陶瓷的可控燒結，并且陶瓷燒結致密度很高，成瓷效果很好。另外該方法相對工藝簡單，不使用專用設備，不需要特殊氣氛生長，對環境無污染等特點。該方法對于稀土摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷的大規模制備和應用起到了重要的推動作用。利用成熟的固態反應方法可以進行鉭鈮酸鉀鋰陶瓷的制備，且工藝簡單，成本較低，樣品物理化學性能穩定，此外，在陶瓷中可以摻雜較高濃度的稀土離子，方便進行高濃度稀土離子摻雜陶瓷的結構和發光性能研究。因此本發明利用固相反應方法進行稀土 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激光激發下的上轉換熒光光譜圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合實例對本發明做具體說明:
實施例1:
如圖1所示，鉺摻雜鉭鈮酸鉀鋰陶瓷通過以下步驟制備:
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，研磨至無大的顆粒。加入10ml無水乙醇，研磨一小時以上，直至無水乙醇揮發干凈。此操作要重復三次，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；