一种多波段激光防护透明陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多波段激光防护透明陶瓷材料及其制备方法，可吸收处于紫外、可见光和近红外区不同波长的激光，主要用于激光防护领域，尤其适用于高能致盲激光的防护。
【背景技术】
[0002]卫星、航天器、空间站等经常成为无硝烟的现代化战争模式下的攻击对象。当其受到激光武器的攻击时，若未得到有效的防护，则会导致工作性能的不稳定，甚至造成设备的损坏。现有激光防护技术中，大多采用包括玻璃、相变薄膜和有机染料类型的防护材料。虽然这些材料对激光能够形成较好的吸收，但是这些防护材料多针对某一种特定波长的激光的防护，限制了其使用范围；同时，这些材料高温物理、化学稳定性差、易老化，且在高能激光辐照下易造成结构损坏和永久失效。此外，有机染料、半导体粉体等在塑料中分散性难以控制，玻璃材料在制备过程中易造成成分偏析，并且难以构造复合构型的防护材料。
[0003]石榴石基透明陶瓷具有高光学透过率，高光学均匀性、耐高温、高强度、高热导率等特点，具有优异的抗激光损伤性能，在固态激光器等领域应用越来越广泛。其稀土离子掺杂量高，不易偏析，通过固溶的方式，可制备出可吸收不同波段激光的透明陶瓷材料。此外，通过简单叠压的工艺，可制备出多层、多功能复合结构的材料。在制备技术上，透明陶瓷具有可大尺寸制备、制备周期短的优点，同时可设计成复杂构型的陶瓷器件。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种多波段激光防护透明陶瓷材料，本发明的另一目的是提供上述多波段激光防护透明陶瓷材料的制备方法。
[0005]本发明的技术方案为:一种多波段激光防护透明陶瓷材料，其特征在于:透明陶瓷材料组成表达式为(EivxDyx)3Al5O12，其中0.005彡x彡I。
[0006]本发明还提供了上述多波段激光防护透明陶瓷材料的制备方法，采用真空固相烧结法制备而成，其具体步骤如下:
[0007](I)按照化学通式(EivxDyx)3A15012，准确称取所需的a -Al203、Er203、Dy203粉体；同时向原料粉体中添加烧结助剂，烧结助剂由正硅酸乙酯(TEOS)和氧化镁(MgO)共同组成；将上述原料粉体和烧结助剂共混，进行球磨混匀，然后干燥并过筛，获得所需的陶瓷粉体混合料；
[0008](2)陶瓷粉体先采用轴向单向加压方式进行预压成型，而后经冷等静压成型，形成素坯；
[0009](3)成型的素坯经1720?1850°C真空烧结而成，保温时间为6?12h ;
[0010](4)对真空烧结的陶瓷在空气气氛下进行退火处理小时；退火后的样品双面抛光，制得高光学质量的防激光透明陶瓷。
[0011]优选正硅酸乙酯的加入量占原料粉体质量的0.5?0.8%，氧化镁的加入量占原料粉体质量的0.03?0.1%。
[0012]优选步骤⑴中的干燥温度为60?80°C，干燥时间为12?24h。优选步骤(I)中所述的过筛为过200目筛。
[0013]优选步骤(2)中冷等静压成型的压力为150?300MPa。优选步骤(3)中真空烧结的真空度为10_4?10 _3Pa。
[0014]优选步骤(4)中退火处理的温度为1400?1550°C，退火处理的时间为4?10小时。
[0015]通过控制化学通式(EivxDyx)3Al5O1^ x值的大小，可以改变透明陶瓷中Dy和Er的相对比例，使透明陶瓷在525?540nm、808nm、880?920nm、970nm和1064nm等不同激光波长处获得相应的激光吸收功能。
[0016]有益效果:
[0017]本发明采用真空固相烧结的工艺制备出具有的透明陶瓷，其对525?540nm、808nm、880?920nm、970nm和1064nm激光具有强吸收特性。透明陶瓷作为基质，制备出的材料具有高光学质量，厚度为5_的块体陶瓷在可见光波段处透过率高于55% ;同时克服了玻璃等材料制备过程中易发生的成分偏析难题，制备得到的材料均一性好。此外，透明陶瓷的制备工艺简单，易制备具有复杂构型的防激光透明陶瓷材料；在透明陶瓷基质中，Dy与Er可无限固溶，从而通过简单控制Dy的固溶量，即可调节材料对1064nm、808nm、880?920nm和530nm、970nm激光的吸收率，其在卫星窗口、航天器、空间站、防护目镜等特殊领域的高能激光防护方面，具有重要作用。
【附图说明】
:
[0018]图1是本发明实施案例I所提供的厚度为5mm的Dy3Al5O12透明陶瓷的透过率曲线；
[0019]图2是本发明实施案例2所提供的Imm厚的(Era5Dya5)3Al5O12单相复合透明陶瓷的透过率曲线；
[0020]图3是本发明实施案例3所提供的厚度为Imm的(Era5Dya5)3Al5O12透明陶瓷的透过率曲线。
【具体实施方式】
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[0021 ] 下面结合具体实例，对本发明作进一步说明。
[0022]实施例1
[0023]本发明所述的一种防激光材料，按照Dy3Al5O1^化学通式，准确称量α -Α120312.2352g，Dy20326.8560g，并添加 MgO 粉体 0.0390g 和高纯 TEOS 试剂 0.1955g 作为复合烧结助剂，采用行星磨进行充分混合。球磨后的浆料在60°C的恒温烘箱中干燥24小时后，研磨并过200目筛。称取研磨后的陶瓷粉体7.5g，经预压成型后进行冷等静压处理，压力为300MPa，获得致密的素坯。素坯采用真空反应技术进行烧结，加热至1840°C，保温10小时，真空度为10_3Pa。随炉冷却后在1540°C退火炉中退火处理10h。经双面抛光后，获得高质量透明陶瓷。该透明陶瓷对1064nm、808nm、880?920nm、355nm、200?275nm波段的光具有99.5%以上的吸收，特别地，在1064nm、808nm处，吸收率高达99.99%。同时在可见光波段具有较高的光学透过率。5mm厚的Dy3Al5O12透明陶瓷的透过率曲线如图1所示。
[0024]实施例2
[0025]本发明所述的一种双波段激光防护透明陶瓷材料，按照(Era5Dya5)3Al5O12的化学通式，准确称量 α -Α12033.5686g、Dy2033.9165g、Er2034.0165g，并添加 0.0035g MgO 粉体和0.0920g高纯TEOS试剂作为复合烧结助剂，共混后采用行星磨进行充分混合。球磨后的浆料在60°C的恒温烘箱中干燥24小时后，研磨并过200目筛。称取研磨后的陶瓷粉体2g，经预压成型后进行冷等静压处理，压力为150MPa，获得致密的素坯。素坯采用真空反应技术进行烧结，加热至1780°C，保温6小时，真空度为10_4Pa。随炉冷却后在1450°C退火炉中退火处理4小时。经双面抛光后，获得高质量透明陶瓷。该透明陶瓷对524nm、650nm、1064nm、970nm、808nm、880?920nm、355nm、200?275nm波段的光具有强吸收，同时在部分可见光波段具有较高的光学透过率。Imm厚的(Era5Dya5)3Al5O12透明陶瓷的透过率曲线如图2所不O
[0026]实施例3
[0027]本发明所述的一种双波段激光防护透明陶瓷材料，按照(Era 995Dyatltl5) 3A15012的化学通式，准确称量 a -Al2O31.1960g、Er20322.8364g、Dy2O30.1119g，并添加 0.0165g MgO 粉体和0.1988g高纯TEOS试剂作为复合烧结助剂，共混后采用行星磨进行充分混合。球磨后的浆料在60°C的恒温烘箱中干燥24小时后，研磨并过200目筛。称取研磨后的陶瓷粉体4g，经预压成型后进行冷等静压处理，压力为200MPa，获得致密的素坯。素坯采用真空反应技术进行烧结，加热至1720°C，保温12小时，真空度为10_4Pa。随炉冷却后在1400°C退火炉中退火处理5小时。经双面抛光后，获得高质量透明陶瓷。该透明陶瓷对524nm、530nm、650nm、970nm波段的光具有强吸收，同时在部分可见光波段具有较高的光学透过率。Imm厚的(Era 995Dyatltl5)3Al5O12透明陶瓷的透过率曲线如图3所示。
【主权项】
1.一种多波段激光防护透明陶瓷材料，其特征在于:透明陶瓷材料组成表达式为(EivxDyx)3Al5O12，其中 0.005 < x < I。
2.一种制备如权利要求1所述的多波段激光防护透明陶瓷材料的方法，其具体步骤如下: (1)按照化学通式(EivxDyx)3Al5O12，准确称取所需的a-Al2O3^ Er2O3, Dy2O3粉体；同时向原料粉体中添加烧结助剂，烧结助剂由正硅酸乙酯和氧化镁共同组成；将上述原料粉体和烧结助剂共混，进行球磨混匀，然后干燥并过筛，获得所需的陶瓷粉体混合料； (2)陶瓷粉体先采用轴向单向加压方式进行预压成型，而后经冷等静压成型，形成素坯； (3)成型的素坯经1720?1850°C真空烧结而成，保温时间为6?12h; (4)对真空烧结的陶瓷在空气气氛下进行退火处理小时；退火后的样品双面抛光，制得高光学质量的防激光透明陶瓷。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于正硅酸乙酯的加入量占原料粉体质量的0.5?0.8%，氧化镁的加入量占原料粉体质量的0.03?0.1%。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(I)中的干燥温度为60?80°C，干燥时间为12?24ho
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(I)中所述的过筛为过200目筛。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(2)中冷等静压成型的压力为150?300MPao
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(3)中真空烧结的真空度为10_4?KT3Pa0
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(4)中退火处理的温度为1400?1550°C，退火处理的时间为4?10小时。
【专利摘要】本发明提供了一种多波段激光防护透明陶瓷材料及其制备方法，透明陶瓷材料组成表达式为(Er1-xDyx)3Al5O12，其中0.005≤x≤1；防激光透明陶瓷通过真空固相烧结而成。通过调整透明陶瓷组成(Er1-xDyx)3Al5O12中x值的大小，可以使透明陶瓷在525～540nm、808nm、880～920nm、970nm和1064nm等多种激光波段处获得特定的吸收能力，进而满足人员、装备对激光防护波长的不同需求。
【IPC分类】C04B35-44, C04B35-50, C04B35-622
【公开号】CN104829220
【申请号】CN201510161523
【发明人】陆春华, 胡松, 倪亚茹, 许仲梓, 周国红, 王士维
【申请人】南京工业大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月7日