一種氟氧化物玻璃陶瓷及其制備方法技術

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及固體激光材料領域，尤其是涉及摻鐠含氟磷酸鈣或氟磷酸鍶納米晶的透明氟氧化物玻璃陶瓷及其制備方法。
技術介紹
鐠離子摻雜氟磷酸鈣或氟磷酸鍶單晶均具有較好的光譜性能(參見D.K. Sardaret al.，J. Appl. Phys. 95 (2004) 5334-5339);但是，該類晶體熱機械性能較差，目前還沒有激光輸出的報道。玻璃陶瓷是對玻璃進行晶化處理后，獲得的玻璃相和晶相共存的復合材料。通過控制晶化過程，可以獲得透明玻璃陶瓷。稀土摻雜透明玻璃陶瓷能夠結合稀土離子在晶相中好的光譜性能和玻璃本身良好的熱機械性能，且具有低成本、易得到異型材料等優 點。制備該類材料的關鍵是稀土離子進入晶相且材料保持透明性。國際上目前還沒有摻鐠玻璃陶瓷實現激光輸出的報道。本專利技術通過調整組分和熱處理條件，可制備出摻鐠含氟磷酸鈣或氟磷酸鍶納米晶的氟氧化物玻璃陶瓷。該玻璃陶瓷在可見及紅外波段有較高的透過率，且鐠離子以較高比例進入氟磷酸鈣或氟磷酸鍶晶相中，具有高的發光量子效率。該玻璃陶瓷的藍光峰值發射截面比已實現藍色激光輸出的Pr3+=SrLaGa3O7晶體還高(參見M.Malinowski et al. , Opt. Mater. 6 (1996) 305-312)。另外，其紅光峰值發射截面也很接近實現紅色激光輸出的Pr3+:YA103晶體(參見T. Danger et al. , Appl. Phys. B 58(1994) 413-42)。因此，摻鐠含氟磷酸鈣或氟磷酸鍶納米晶的氟氧化物玻璃陶瓷固體激光領域具有應用前景。
技術實現思路
本專利技術提出了摻鐠的含氟磷酸鈣或氟磷酸鍶納米晶的透明玻璃陶瓷的組分及其制備エ藝，目的在于制備出熱機械性能穩定，可用于實現激光運轉的透明玻璃陶瓷。本專利技術的透明氟氧化物玻璃陶瓷配料組分為(摩爾比)aSi02 - bAl203 - CP2O3-dAC03 - eAF2 - fLa203 - gLi2C03 - hB203 - iZr02: jPr6O11 (A=Ca, Sr; 24<a<34; 13〈b〈23 ;7<c<17; 15<d<25; 13<e<23; O^f ^2; 0 彡 g彡 2; 0 彡h彡 2; 0彡 i 彡 2; 0. 05<j<2. 5;a+b+c+d+e+f+g+h+i=100)。本專利技術采用如下制備エ藝將粉體原料按照上述組分范圍內的一定組分配比，研磨后倒入石英坩堝中加熱熔融，在1450-1500 ° C保溫0.5-3小吋，而后將玻璃熔體澆鑄到預熱溫度為200-350 ° C左右的模具中成型。制備出的玻璃塊體經退火消除內應カ后，再加熱到770-840 ° C，并保溫2-24小吋，最終獲得摻鐠含氟磷酸鈣或氟磷酸鍶納米晶的透明氟氧化物玻璃陶瓷。本專利技術的玻璃陶瓷的熒光發射截面超過或接近已實現激光運轉的Pr3+ = SrLaGa3O7和Pr3+ = YAlO3晶體，與已有的摻鐠氟磷酸鈣或氟磷酸鍶晶體相比，具有制備エ藝簡單、成本低廉、易得到異型材料和熱機械性能穩定等優點。具體實施例方式實例I :將分析純的 SiO2, Al2O3' P2O3> CaCO3> CaF2、La203、Li2CO3' B2O3> ZrO2 粉體和純度為 99. 99% 的 Pr6O11 粉體，按 29. 4Si02 - 18. OAl2O3 - 12. OP2O3 - 20. 0CaCO3 - 18. OCaF2 - 0. 3La203 - 0. 5Li2C03 - 0. 3B203 - 0. 5Zr02:0. 3Pr60n (摩爾比)的配比稱量后，混合研磨0.5小時。將研磨后的粉體置于石英坩堝中加熱熔融，在1450 ° C保溫0.5小時，再將玻璃熔體快速澆鑄到預熱溫度為280 ° C的銅模中成型。將獲得的玻璃在690 ° C下退火2小時消除內應カ后，再加熱到790 ° C，保溫24小時，即得到透明玻璃陶瓷。玻璃陶瓷中含有大量尺寸為10-50 nm的六方相氟磷酸鈣納米晶。樣品經過表面拋光處理，在可見光范圍內最高透過率可超過80.0%。該透明玻璃陶瓷中Pr3+離子在489 nm波長處的峰值發射截面為3. 71X 10_2° cm2，在633. 5 nm波長處的峰值發射截面為13. 39X 10_2°cm2，激光上能級3Ptl的熒光壽命為5. 3 U S、熒光量子效率達18%。可作為增益介質應用于固體激光器，輸可見波長的激光。 實例2 :將分析純的 SiO2, Al2O3' P2O3> CaCO3> CaF2、La203、Li2CO3' B2O3> ZrO2 粉體和純度為 99. 99% 的 Pr6O11 粉體，按 29. 4Si02 - 18. OAl2O3 - 12. OP2O3 - 20. 0 CaCO3 - 18. OCaF2 - 0. 3La203 - 0. 5Li2C03 - 0. 3B203 - 0. 5Zr02:0. 5Pr60n (摩爾比)的配比稱量后，混合研磨0.5小時。將研磨后的粉體置于石英坩堝中加熱熔融，在1450 ° C保溫0.5小時，再將玻璃熔體快速澆鑄到預熱溫度為280 ° C的銅模中成型。將獲得的玻璃在690 ° C下退火2小時消除內應カ后，再加熱到790 ° C，保溫24小時，即得到透明玻璃陶瓷。玻璃陶瓷中含有大量尺寸為10-50 nm的六方相氟磷酸鈣納米晶。樣品經過表面拋光處理，在可見光范圍內最高透過率可超過80.0%。該透明玻璃陶瓷中Pr3+離子在489 nm波長處的峰值發射截面為3.01 X 10_2° cm2，在633. 5 nm波長處的峰值發射截面為10. 12X 10_2°cm2，激光上能級3Ptl的熒光壽命為4. 4 ii S、熒光量子效率達15%。可作為增益介質應用于固體激光器，輸可見波長的激光。實例3 :將分析純的 SiO2, Al2O3' P2O3> SrCO3> SrF2, La203、Li2CO3' B2O3> ZrO2 粉體和純度為 99. 99% 的 Pr6O11 粉體，按 29. 4Si02 - 18. OAl2O3 - 12. OP2O3 - 20. 0SrCO3 — 18. 0 SrF2 - 0. 3La203 - 0. 5Li2C03 - 0. 3B203 - 0. 5Zr02:0. 3Pr60n (摩爾比)的配比稱量后，混合研磨0.5小時。將研磨后的粉體置于石英坩堝中加熱熔融，在1480 ° C保溫0.5小時，再將玻璃熔體快速澆鑄到預熱溫度為280 ° C的銅模中成型。將獲得的玻璃在720 ° C下退火2小時消除內應カ后，再加熱到820 ° C，保溫2小時，即得到透明玻璃陶瓷。玻璃陶瓷中含有大量尺寸為30-50 nm的六方相氟磷酸鍶納米晶。樣品經過表面拋光處理，在可見光范圍內最高透過率可超過78.0%。該透明玻璃陶瓷中Pr3+離子在486 nm波長處的峰值發射截面為3.77X 10_2° cm2，在632 nm波長處的峰值發射截面為14. 52X 10_2°cm2，激光上能級3Ptl的熒光壽命為5. 4 ii S本文檔來自技高網...

【技術保護點】
摻鐠含氟磷酸鹽納米晶透明氟氧化物玻璃陶瓷，其特征在于：該玻璃陶瓷配料組分為（摩爾比）：?aSiO2–bAl2O3–cP2O3–dACO3–eAF2–fLa2O3–gLi2CO3–hB2O3–iZrO2:jPr6O11（A=Ca,?Sr;?24

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張思念，黃藝東，黃建華，陳雨金，龔興紅，林炎富，羅遵度，
申請(專利權)人：中國科學院福建物質結構研究所，
類型：發明
國別省市：