专利名称：一种钇铝石榴石微晶玻璃的制备方法
技术领域：
本发明属于无机材料制备技术领域，涉及ー种新型的SiO2-Al2O3-Y2O3-PbO系统钇铝石榴石微晶玻璃的制备方法，微晶玻璃能够析出单一晶相YAG，其透光性不受晶粒尺寸限制，属于完全透明的YAG微晶玻璃，其激光效率优于现有技术产品及其系统。
背景技术：
在现有技术中，通常所说的钇铝石榴石(Y3Al5O12)简称YAG属于立方晶系，其折射率在I. 82左右，莫氏硬度为8. 3左右，无色，其中文名称是钇铝石榴石来源于yttriumaluminum garnet,是Y2O3和Al2O3在高温反应时生成的化合物；是ー种具有优良光学性能 的无机非金属材料。目前，应用最广泛且效率最高的固体激光器仍然是掺杂稀有元素的YAG激光器，其具有量子效率高，受激辐射面积大，产生激光振荡的阈值低，而且高温蠕变小。如掺杂Nd3+YAG激光器是四能级激光器，其最强的4F3/2 — 4111/2跃迁产生I. 06 y m激光输出，是目前在室温下能够连续工作的唯一固体工作物质。现有的稀土离子掺杂的YAG单晶主要是由提拉法制备，该方法由于稀土离子的掺杂量有限，所以激光效率很难提高，同时生产周期长，エ艺复杂，原料要求苛刻，生产成本高，熔融温度高，耗能大，难以做成大尺寸。为了提高稀土离子的掺杂量得到大尺寸YAG材料，人们研究制备了 YAG透明陶瓷，但是，制备YAG透明陶瓷并不比制备YAG单晶容易，为了消除气孔从粉体开始直到烧结每一歩都要求苛刻，烧结温度高，气氛严格控制，结果还达不到透明要求。YAG微晶玻璃可以避开单晶和透明陶瓷制备上的困难，且具有两者的优点，熔融温度比单晶和陶瓷低，设备投资少，生产效率高，原料为分析纯，不受尺寸、气氛、掺杂量的限制。现有YAG微晶玻璃的制备方法的记载文献和专利虽然已有公开报道，但归结起来普遍存在两个突出问题，ー是玻璃的熔制温度在1650°C以上，制备时需要昂贵的钼金坩埚；ニ是透明度低，且在微晶尺寸超过60nm时即完全失透。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计制备一种钇铝石榴石微晶玻璃，该方法易实现大尺寸和复杂形状的微晶玻璃的制备，其产品透明性好，物理化学性能和光谱性质易于调配，易于拉制成光纤状YAG微晶玻璃。为了实现上述目的，本发明选择PbO-Y2O3-Al2O3-SiO2玻璃系统，通过调整PbO与SiO2的配比有效调节玻璃折射率，实现YAG微晶与玻璃基质的折射率匹配，减少散射，提高YAG微晶玻璃的透明度，PbO能够大幅度降低熔融温度，避免对钼金坩埚高条件要求，降低生产成本；其具体エ艺包括玻璃料混合、玻璃料熔化和保温处理三个步骤(I)、玻璃料混合将原料按摩尔比选取Al2O3为l(T20mol%、Y203为6 14mol%、Si02为2(T50mol%、Pb0为3(T70mol%和B2O3为(T3mol%混合为混合料，混合料装入球磨罐中，再加入与混合料等质量且大小不同的玛瑙球，在球磨机上球磨2小时以上，得混合玻璃料；(2)、玻璃料熔化将混合玻璃料在油压机中控制IOGPa条件下压成柱状后放入氧化铝坩埚中，再放入1600°C型马弗炉中熔融，设置马弗炉温度为1400°C保温I小时熔融后10分钟降到1350°C再保温2小时，得熔融玻璃料；(3)、保温处理将上述1350°C保温的熔融玻璃料在15分钟内降温到1250°C后再保温2小时后，调节温度为1000°C再保温1-20小时；然后随炉冷却到600°C时再保温6小时以上，最后，自然冷却到室温并取出制得的透明的YAG微晶玻璃。本发明采用新的基础玻璃体系，先将熔融温度从1600°C多度降低到1400°C，使用氧化铝坩埚即可，省去了昂贵的钼金坩埚，降低了生产成本；从性能上讲，由于激光工作物质要求必须透明，现有的微晶玻璃不易做到透明，必须严格控制析晶使其微晶尺寸在50nm以下，否则衍射散射将导致失透，究其原因是由于YAG微晶与玻璃基质之间存在大的折射率差；YAG晶体的折射率为I. 82，大多数硅酸盐玻璃的折射率为I. 50左右；铅硅玻璃的折射率随着Pb0/Si02的比值在I. 60—2. 00之间变化，通过调整Pb0/Si02的比值可以有效调节玻璃折射率，实现YAG微晶与玻璃基质的折射率匹配，使微晶玻璃透明；Pb0/Si02的比值在很宽的范围内变化并不影响YAG析晶，而透明度有大的变化，制备的样品YAG微晶达到 250nm仍然透明，实现了折射率匹配；样品在1000°C经过2小时热处理后出现了 YAG微晶沿
(110)晶向的择优取向，同时结晶度略有下降。本发明与现有技术相比，其制备エ艺简单，原材料易得，成本低，产品的尺寸大，形状复杂，透明性好，光谱性质易于调整，应用性好，环境友好。
图I为本发明涉及的钇铝石榴石微晶玻璃XRD图谱。图2为本发明实施例中的2mm厚样品实物图，表面抛光好。
具体实施例方式下面通过实施例并结合附图对本发明作进ー步说明。实施例本实施例的具体实施工艺包括玻璃料混合、玻璃料熔化和保温处理三个步骤(I)、玻璃料混合将化学纯原料按照摩尔配比，其中Al2O3为l(T20mol% ；Y203为6 14mol% ；Si02 为 2(T50mol% ；PbO 为 3(T70mol% ；B203 为 0 3mol%，混合后装入球磨罐中，カロ入与混合料等质量且大小不均的玛瑙球，放在球磨机上球磨2小时以上，得混合玻璃料；(2)、玻璃料熔化将混合玻璃料在油压机中IOGPa条件下压成柱状后放入氧化铝坩埚中，再放入1600°C型马弗炉中熔融，设置电炉温度为1400°C保温I小时熔融后10分钟降到1350°C再保温2小时，得熔融玻璃料；(3)、保温处理将上述1350°C保温的熔融玻璃料在15分钟内降到1250°C后再保温2小时后，调节温度1000°C再保温1-20小时；然后随炉冷却到600°C时再保温6小时以上，最后，自然冷却到室温并取出制得的透明的YAG微晶玻璃。本实施例选择试验编号为Cl和C2的两组原料配比，具体摩尔配比如表中所列
权利要求
1.一种钇铝石榴石微晶玻璃及其制备方法，其特征在于选择PbO-Y2O3-Al2O3-SiO2玻璃系统，通过调整PbO与SiO2的配比调节玻璃折射率，实现YAG微晶与玻璃基质的折射率匹配；具体工艺包括玻璃料混合、玻璃料熔化和保温处理三个步骤 (1)、玻璃料混合将原料按摩尔比选取Al2O3为l(T20mol%、Y2O3为6 14mol%、SiO2为2(T50mol%、Pb0为3(T70mol%和B2O3为(T3mol%混合为混合料，混合料装入球磨罐中，再加入与混合料等质量且大小不同的玛瑙球，在球磨机上球磨2小时以上，得混合玻璃料； (2)、玻璃料熔化将混合玻璃料在油压机中控制IOGPa条件下压成柱状后放入氧化铝坩埚中，在1600°C型马弗炉中熔融，设置马弗炉温度为1400°C保温I小时熔融后10分钟降到1350°C再保温2小时，得熔融玻璃料； (3)、保温处理将上述1350°C保温的熔融玻璃料在15分钟内降温到1250°C后再保温2小时后，调节温度为1000°C再保温1-20小时；然后随炉冷却到600°C时再保温6小时以上，最后，自然冷却到室温并取出制得的透明的YAG微晶玻璃。
全文摘要
本发明属于无机材料制备技术领域，涉及一种钇铝石榴石微晶玻璃的制备方法，先将原料混合为混合料装入球磨罐中，再加入等质量且大小不同的玛瑙球，在球磨机上球磨2小时以上，得混合玻璃料；将混合玻璃料在油压机中压成柱状后放入氧化铝坩埚中，在马弗炉中熔融后降温得熔融玻璃料；将熔融玻璃料在15分钟内降温到1250℃后再保温2小时后，调节温度为1000℃再保温1-20小时；然后随炉冷却到600℃时再保温6小时以上后，自然冷却到室温制得透明的YAG微晶玻璃；其制备工艺简单，原材料易得，成本低，产品的尺寸大，形状复杂，透明性好，光谱性质易于调整，应用性好，环境友好。
文档编号C03C10/02GK102765883SQ20121021620
公开日2012年11月7日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者何丽珠, 卢朝靖, 戚凭, 王伟 申请人:青岛大学