[0035] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0036] 实施例1
[0037] 本实施例提出的一种氧化铒透明陶瓷的制备方法,其包括以下步骤:
[0038] 步骤一: 将纯度≥99.95%的氧化铒在过量硝酸溶液中溶解,然后蒸发去除多余的硝酸,冷却后配制得到浓度0.09mol/L的硝酸铒溶液;将钼酸铵直接溶于去离子水中配制得‑5到浓度为1×10 mol/L 的钼酸铵溶液;将硫酸铵直接溶于去离子水中配制成浓度为
0.05mol/L的硫酸铵溶液;
[0039] 步骤二:在25℃的温度下,将步骤一配制的硝酸铒溶液搅拌均匀,然后以3mL/min的速度将钼酸铵溶液逐滴滴加到母盐溶液中,并边滴加边搅拌硝酸铒母盐溶液,产生钼酸铒可作为无压烧结添加剂,其中,钼酸铵的加入量占硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量的0.05%;再以10mL/min的速度将1mol/L的氨水滴入母盐中,并使滴定终点的pH值为9.5,在滴定结束后继续陈化24h,在陈化结束后,获得白色沉淀;钼酸铵、氨水的加入速度均用分液漏斗控制;
[0040] 步骤三:对白色沉淀进行过滤洗涤,获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物,再将该化合物加入到步骤一配制的硫酸铵溶液中浸泡24h进行离子交换;硫酸铵的加入量2‑ 3+
以硫酸铵中硫酸根与洗涤后的硝酸铒母盐溶液中铒离子的摩尔比计量,即SO4 : Er =
0.15:1;
[0041] 步骤四:对离子交换产物依次进行洗涤、干燥、研磨及过筛处理,再对其在1200℃进行煅烧6 h,在煅烧结束后,获得含有钼酸铒烧结助剂的氧化铒纳米粉末;
[0042] 步骤五:对含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末依次进行预压及在压强为100MPa下冷等静压成型,然后通过高温无压烧结方式对冷等静压成型后得到的成型物进行高温无压烧‑2结,本实施例采用的高温无压烧结为真空烧结,工艺条件为:真空度为10 ,烧结温度为2000℃,烧结时间为2h;再对高温无压烧结后得到的烧结体在氧气气氛下1600 ℃退火处理,最后对退火后的样品机械加工,获得氧化铒透明陶瓷。
[0043] 实施例2
[0044] 本实施例提出的一种氧化铒透明陶瓷的制备方法,其包括以下步骤:
[0045] 步骤一:将钼酸铵直接溶于去离子水中配制得到浓度为1×10‑5mol/L 的钼酸铵溶液;将硫酸铵直接溶于去离子水中配制成浓度为0.05mol/L的硫酸铵溶液;将纯度≥99.95%的硝酸铒直接溶于去离子水中配制得到浓度为0.075mol/L的硝酸铒溶液;
[0046] 步骤二:在3℃的温度下,将步骤一配制的硝酸铒溶液搅拌均匀,然后以3mL/min的速度将钼酸铵溶液逐滴滴加到母盐溶液中,并边滴加边搅拌硝酸铒母盐溶液,产生钼酸铒,其中,钼酸铵的加入量占硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量的0.001%;再以1mL/min的速度将1mol/L的氨水滴入母盐中,并使滴定终点的pH值为8.5,在滴定结束后继续陈化1.5h,在陈化结束后,获得白色沉淀;钼酸铵、氨水的加入速度均用蠕动泵控制;
[0047] 步骤三:对白色沉淀进行过滤洗涤,获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物,再将该化合物加入到步骤一配制的硫酸铵溶液中浸泡1h进行离子交换;硫酸铵的加入量以2‑ 3+
硫酸铵中硫酸根与硝酸铒母盐溶液中铒离子的摩尔比计量,即SO4 : Er =0.03:1;
[0048] 步骤四:对离子交换产物依次进行洗涤、干燥、研磨及过筛处理,再对其进行煅烧,煅烧温度为1000℃,煅烧时间为4 h;在煅烧结束后获得含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末;
[0049] 步骤五:对氧化铒纳米粉末依次进行预压及压强为240MPa冷等静压成型,然后通过高温无压烧结方式对冷等静压成型后得到的成型物进行高温无压烧结,再对高温无压烧结后得到的烧结体退火处理,本实施例中高温无压烧结为真空烧结,工艺条件为:真空度为‑5 10 Pa,烧结温度为1900℃,烧结时间为4h;烧结体的退火温度为1100 ℃,退火气氛为氧气;最后对退火后的样品机械加工,获得氧化铒透明陶瓷。
[0050] 实施例3
[0051] 本实施例提出的一种氧化铒透明陶瓷的制备方法,其包括以下步骤:
[0052] 步骤一:将钼酸铵直接溶于去离子水配制浓度为1×10‑5mol/L的钼酸铵溶液;配制浓度为0.1mol/L的硝酸铒母盐溶液;将硫酸铵直接溶于去离子水配制浓度为0.05mol/L的硫酸铵溶液;
[0053] 步骤二:在4℃的温度下,将步骤一配制的硝酸铒溶液搅拌均匀,然后以3mL/min的速度将钼酸铵溶液逐滴滴加到母盐溶液中,并边滴加边搅拌硝酸铒母盐溶液,产生钼酸铒,其中,钼酸铵的加入量占硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量的0.005%;再以3mL/min的速度将1mol/L的氨水滴入母盐中,并使滴定终点的pH值为8.0,在滴定结束后继续陈化3h,在陈化结束后,获得白色沉淀;钼酸铵、氨水的加入速度均用分液漏斗控制;
[0054] 步骤三:对白色沉淀进行过滤洗涤,获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物,再将该化合物加入到步骤一配制的硫酸铵溶液中浸泡2h进行离子交换;
[0055] 硫酸铵的加入量以硫酸铵中硫酸根与白色沉淀中铒离子的摩尔比计量,即SO42‑: 3+
Er =0.1:1;
[0056] 步骤四:对离子交换产物依次进行洗涤、干燥、研磨及过筛处理,再对其进行煅烧,煅烧温度为950℃,煅烧时间为5 h;在煅烧结束后获得含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末;
[0057] 步骤五:对含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末依次进行预压及压强为300MPa下冷等静压成型,然后通过高温无压烧结方式对冷等静压成型后得到的成型物进行高温无压烧结,再对高温无压烧结后得到的烧结体退火处理,高温无压烧结为真空烧结,工艺条件为:真空‑4 度为10 Pa,烧结温度为1850℃,烧结时间为5h;烧结体的退火温度为1300 ℃,退火气氛为氧气;最后对退火后的样品机械加工,获得氧化铒透明陶瓷。
[0058] 实施例4
[0059] 本实施例提出的一种氧化铒透明陶瓷的制备方法,其包括以下步骤:
[0060] 步骤一:将钼酸铵直接溶于去离子水配制浓度为1×10‑5mol/L的钼酸铵溶液;配制浓度为0.15mol/L的硝酸铒母盐溶液;将硫酸铵直接溶于去离子水配制浓度为0.05mol/L的硫酸铵溶液;
[0061] 步骤二:在10℃的温度下,将步骤一配制的硝酸铒溶液搅拌均匀,然后以3mL/min的速度将钼酸铵溶液逐滴滴加到母盐溶液中,并边滴加边搅拌硝酸铒母盐溶液,产生钼酸铒,其中,钼酸铵的加入量占硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量的0.01%;再以5mL/min的速度将1mol/L的氨水滴入母盐中,并使滴定终点的pH值为7.5,在滴定结束后继续陈化0.5h,在陈化结束后,获得白色沉淀;
[0062] 钼酸铵、氨水的加入速度均用蠕动泵控制;
[0063] 步骤三:对白色沉淀进行过滤洗涤,获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物,再将该化合物加入到步骤一配制的硫酸铵溶液中浸泡0.5h进行离子交换;硫酸铵的加入量2‑ 3+
以硫酸铵中硫酸根与硝酸铒母盐溶液中铒离子的摩尔比计量,即SO4 : Er =0.05:1;
[0064] 步骤四:对离子交换产物依次进行洗涤、干燥、研磨及过筛处理,再对其进行煅烧,煅烧温度为1050℃,煅烧时间为4 h;在煅烧结束后获得含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末;
[0065] 步骤五:对含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末依次进行预压及压强为200MP a下冷等静压成型,然后通过高温无压烧结方式对冷等静压成型后得到的成型物进行高温无压烧结,再对高温无压烧结后得到的烧结体退火处理,本实施例高温无压烧结为气氛烧结,工艺条件为:氢气气氛,烧结温度为1700℃,烧结时间为4h;烧结体的退火温度为1400 ℃,退火气氛为氧气;最后对退火后的样品机械加工,获得氧化铒透明陶瓷。
[0066] 实施例5
[0067] 本实施例提出的一种氧化铒透明陶瓷的制备方法,其包括以下步骤:
[0068] 步骤一:将钼酸铵直接溶于去离子水配制浓度为1×10‑5mol/L的钼酸铵溶液;配制浓度为0.20mol/L的硝酸铒母盐溶液;将硫酸铵直接溶于去离子水配制浓度为0.05mol/L的硫酸铵溶液;
[0069] 步骤二:在4℃的温度下,将步骤一配制好的硝酸铒溶液搅拌均匀,然后以3mL/min的速度将钼酸铵溶液逐滴滴加到母盐溶液中,并边滴加边搅拌硝酸铒母盐溶液,产生钼酸铒,其中,钼酸铵的加入量占硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量的0.1%;再以10mL/min的速度将1mol/L的氨水滴入母盐中,并使滴定终点的pH值为8.8,在滴定结束后继续陈化24h,在陈化结束后,获得白色沉淀;
[0070] 钼酸铵、氨水的加入速度均用计量泵控制;
[0071] 步骤三:对白色沉淀进行过滤洗涤,获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物,再将该化合物加入到步骤一配制的硫酸铵溶液中浸泡24h进行离子交换;硫酸铵的加入量2‑ 3+
以硫酸铵中硫酸根与硝酸铒母盐溶液中铒离子的摩尔比计量,即SO4 : Er =0.005:1;
[0072] 步骤四:对离子交换产物依次进行洗涤、干燥、研磨及过筛处理,再对其进行煅烧,煅烧温度为1200℃,煅烧时间为1h;在煅烧结束后获得含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末;
[0073] 步骤五:对含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末依次进行预压及压强为100MPa下冷等静压成型,然后通过高温无压烧结方式对冷等静压成型后得到的成型物进行高温无压烧结,再对高温无压烧结后得到的烧结体退火处理,高温无压烧结为气氛烧结,工艺条件为:氧气气氛,烧结温度为1600℃,烧结时间为10h;烧结体的退火温度为1600 ℃,退火气氛为氧气;最后对退火后的样品机械加工,获得氧化铒透明陶瓷。
[0074] 实施例6
[0075] 本实施例提出的一种氧化铒透明陶瓷的制备方法,其包括以下步骤:
[0076] 步骤一:将钼酸铵直接溶于去离子水配制浓度为1×10‑5mol/L的钼酸铵溶液;配制浓度为0.1mol/L的硝酸铒母盐溶液;将硫酸铵直接溶于去离子水配制浓度为0.05mol/L的硫酸铵溶液;
[0077] 步骤二:在25℃的温度下,将步骤一配制的硝酸铒溶液搅拌均匀,然后以3mL/min的速度将钼酸铵溶液逐滴滴加到母盐溶液中,并边滴加边搅拌硝酸铒母盐溶液,产生钼酸铒,其中,钼酸铵的加入量占硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量的0.05%;再以2mL/min的速度将1mol/L的氨水滴入母盐中,并使滴定终点的pH值为8.75,在滴定结束后继续陈化0.5h,在陈化结束后,获得白色沉淀;钼酸铵、氨水的加入速度均用分液漏斗控制;
[0078] 步骤三:对白色沉淀进行过滤洗涤,获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物,再将该化合物加入到步骤一配制的硫酸铵溶液中浸泡0.5h进行离子交换;硫酸铵的加入量2‑ 3+
以硫酸铵中硫酸根与硝酸铒母盐溶液中铒离子的摩尔比计量,即SO4 : Er =0.2:1;
[0079] 步骤四:对离子交换产物依次进行洗涤、干燥、研磨及过筛处理,再对其进行煅烧,煅烧温度为1100℃,煅烧时间为6 h;在煅烧结束后获得含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末;
[0080] 步骤五:对含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末依次进行预压及压强为400MPa下冷等静压成型,然后通过高温无压烧结方式对冷等静压成型后得到的成型物进行高温无压烧结,再对高温无压烧结后得到的烧结体退火处理,本实施例中高温无压烧结为真空烧结,工艺‑2 条件为:真空度为10 Pa,烧结温度为1750℃,烧结时间为24h;烧结体的退火温度为1600 ℃,退火气氛为氧气;最后对退火后的样品机械加工,获得氧化铒透明陶瓷。
[0081] 实施例7
[0082] 本实施例提出的一种氧化铒透明陶瓷的制备方法,其包括以下步骤:
[0083] 步骤一:将钼酸铵直接溶于去离子水配制浓度为1×10‑5mol/L的钼酸铵溶液;配制浓度为0.03mol/L的硝酸铒母盐溶液;将硫酸铵直接溶于去离子水配制浓度为0.05mol/L的硫酸铵溶液;
[0084] 步骤二:在0℃的温度下,将步骤一配制的硝酸铒溶液搅拌均匀,然后以3mL/min的速度将钼酸铵溶液逐滴滴加到母盐溶液中,并边滴加边搅拌硝酸铒母盐溶液,产生钼酸铒,其中,钼酸铵的加入量占硝酸铒母盐溶液中硝酸铒质量的0.03%;再以6mL/min的速度将1mol/L的氨水滴入母盐中,并使滴定终点的pH值为9.5,在滴定结束后继续陈化12h,在陈化结束后,获得白色沉淀;钼酸铵、氨水的加入速度均用分液漏斗控制;
[0085] 步骤三:对白色沉淀进行过滤洗涤,获得含有钼酸铒的硝酸盐类铒基层状化合物,再将该化合物加入到步骤一配制的硫酸铵溶液中浸泡1h进行离子交换;硫酸铵的加入量以2‑ 3+
硫酸铵中硫酸根与硝酸铒母盐溶液中铒离子的摩尔比计量,即SO4 : Er =0.25:1;
[0086] 步骤四:对离子交换产物依次进行洗涤、干燥、研磨及过筛处理,再对其进行煅烧,煅烧温度为1150℃,煅烧时间为3 h;
[0087] 在煅烧结束后获得含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末;
[0088] 步骤五:对含有钼酸铒的氧化铒纳米粉末依次进行预压及压强为100MPa下冷等静压成型,然后通过高温无压烧结方式对冷等静压成型后得到的成型物进行高温无压烧结,再对高温无压烧结后得到的烧结体退火处理,本实施例的高温无压烧结为真空烧结,工艺‑3 条件为:真空度为10 Pa,烧结温度为1850℃,烧结时间为6h;烧结体的退火温度为1300 ℃,退火气氛为空气;最后对退火后的样品机械加工,获得氧化铒透明陶瓷。
[0089] 图1给出了实施例1的制备方法制备过程中得到的氧化铒前躯体的X射线衍射(XRD)图谱。图1中横坐标degree表示扫描角度,纵坐标Intensity表示强度。从图1可以看出,氧化铒前躯体呈现出稀土层状化合物的结构特征,衍射峰较为弥散这是由于层状化合物纳米片较薄造成的。图2给出了实施例1的制备方法制备过程中得到的氧化铒陶瓷烧结体的X射线衍射(XRD)图谱。图1中横坐标degree表示扫描角度,纵坐标Intensity表示强度。从图2可以看出,陶瓷烧结体呈现出纯相氧化铒的结构特征,衍射峰尖锐,晶体性好。实施例2‑实施例7的XRD衍射图谱与实施例1基本相同。图3给出了实施例2的制备方法制备得到的氧化铒透明陶瓷经打磨和抛光处理后得到的1.3mm厚的抛光样品的照片;图4给出了实施例3的制备方法制备得到的氧化铒透明陶瓷经打磨和抛光处理后得到的1.3mm厚的抛光样品的照片;图5给出了实施例4的制备方法制备得到的氧化铒透明陶瓷经打磨和抛光处理后得到的1.3mm厚的抛光样品的照片。从图3中可以看出,当1.3mm厚的抛光样品放在有文字的纸上时,可透过抛光样品读出文字,清晰度高;从图4中可以看出,当1.3mm厚的抛光样品放在有文字的纸上时,可透过抛光样品读出文字,清晰度较高;从图5中可以看出,当1.3mm厚的抛光样品放在有文字的纸上时,可透过抛光样品读出文字,但清晰度较低。分析图3、图4、图5可以得出,实施例2~实施例4的制备方法各自所制备得到的氧化铒透明陶瓷样品拥有不同的清晰度,这也反映了其光学透过率不同,主要源自陶瓷氧化物粉末烧结活性的差异,这与在不同的液相合成工艺的条件下所制备出的前躯体的性质的差异有关;另外,添加剂含量、坯体的成型条件与烧结方式和烧结工艺条件等的不同也是导致透过率差异的因素。
[0090] 图6给出了实施例2的制备方法制备过程中氧化铒纳米粉末的扫描电镜形貌。由电镜照片可知,氧化铒纳米粉末较细;经检测该氧化铒纳米粉末平均粒度为25 nm。从图6中可以看出,制备过程中得到的氧化铒纳米粉末并未产生硬团聚现象。
[0091] 图7给出了实施例2的制备方法制备得到的氧化铒透明陶瓷经打磨和抛光处理后得到的1.3mm厚的抛光样品的透过率曲线。图7中横坐标Wavelength表示波长,纵坐标Transmittance表示透过率。从图7中可以看出,1.3mm厚的抛光样品在可见光区的透过率曲线上有较多吸收带,是由铒离子f‑f电子跃迁引起的;其直线透过率高,接近80%。
[0092] 以上仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。