專利名稱：一種摻釹Li<sub>2</sub>O-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-SiO<sub>2</sub>系透明激光玻璃陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷材料科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種透明激光玻璃陶瓷
及其制備方法。
背景技術(shù)：
激光，簡稱為Laser，即受激輻射光放大，它是一種嶄新的光源， 是由激光器產(chǎn)生的一種光。根據(jù)工作物質(zhì)的不同，激光器可分為氣體、液體、固 體和半導(dǎo)體四種激光器。在固態(tài)激光器領(lǐng)域，通常認(rèn)為只有單晶和玻璃才能作為 激光基質(zhì)材料，兩者對光的吸收和散射損失小，得以滿足激光域值條件。玻璃和
單晶作為激光基質(zhì)材料有各自的優(yōu)缺點單晶熱導(dǎo)性好、增益高，適于連續(xù)和高
重復(fù)激射，缺點是制備工藝復(fù)雜、成本高、摻雜濃度低；玻璃熒光譜線寬、物理 參數(shù)可調(diào)、制備工藝簡單、成本低、摻雜濃度高、可做成大尺寸，更適于高能脈 沖激射，缺點是熱導(dǎo)率低、熒光譜線寬。玻璃陶瓷是介于無機(jī)玻璃和陶瓷之間的 一類多晶陶瓷材料。玻璃陶瓷可高度晶化，也可含有大量玻璃相，但至少應(yīng)含有 一種玻璃相和一種晶相。玻璃陶瓷不斷發(fā)展，有望在微芯片激光器、光纖放大器 和高功率二極管抽運固態(tài)激光器領(lǐng)域成為新一代激光材料。Li20-Al203-Si02 (LAS)系玻璃陶瓷在20世紀(jì)70年代引起了國外學(xué)者的研究興趣，后來相當(dāng)長一 段時間幾乎無人問津，因其高的熔融溫度使人望而生畏。近十年國內(nèi)外對LAS系 玻璃陶瓷的研究興趣又濃厚起來。國內(nèi)研究者多研究成核劑對LAS系玻璃晶化的 影響，而對其作為發(fā)光基質(zhì)的研究則少見報道。國外對釹離子在鋰鋁硅系玻璃陶 瓷中發(fā)光性能的研究主要側(cè)重于熒光壽命、激光域值及量子效率等方面，而對釹 離子在鋰鋁硅玻璃陶瓷中發(fā)光性能與晶相組成和結(jié)構(gòu)的關(guān)系研究得很少。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種摻釹Li20-Al203-Si02系透明激光玻璃 陶瓷及其制備方法。該摻釹Li20-Al203-Si02透明激光玻璃陶瓷材料具有生產(chǎn)工藝
簡單、成本低、摻雜濃度高、熱導(dǎo)率高和熒光譜線窄等特點。
本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的
摻釹Li20-Al203-Si02系透明激光玻璃陶瓷原料的組分及含量(質(zhì)量百分比，
下同)為54~56%Si02， 24 26%A1203， 7~9%Li20+MgO+ZnO， 7 8%P205+CaO， 3 4%Ti02+Zr02， l%Sb203， 0.1~1.0%Nd2O3。
摻釹Li20-Al203-Si02系透明激光玻璃陶瓷的制備方法為
(1)玻璃熔制按上述摻釹LbO-Al203-Si02系透明激光玻璃陶瓷原料的組
分及含量配制的配合料在行星式球磨機(jī)中均勻混料2小時后，倒入剛玉坩堝，在
硅鉬電阻爐中于155(TC熔融2小時，注入不銹鋼模具，熔體迅速降溫固化成型。
(2) 玻璃退火將成型后的玻璃體迅速置于53(TC馬弗爐內(nèi)保溫2小時，然 后隨爐降至室溫，最終獲得淡紫色透明玻璃。
(3) 玻璃切割用切割機(jī)將制備的玻璃制品切割成小塊，用于后序晶化熱處理。
(4) 玻璃熱處理根據(jù)差熱分析曲線確定玻璃晶化熱處理制度，將切割后的
小塊樣品在75(TC成核3小時，在840'C長晶1.5小時，獲得透明玻璃陶瓷。
(5) 玻璃陶瓷冷加工用不同顆粒尺寸的金剛砂粉料將熱處理后的玻璃陶瓷 樣品進(jìn)行雙面鏡面研磨和拋光，磨拋達(dá)到舊標(biāo)準(zhǔn)光潔度的11級，最終得到透明 玻璃陶瓷樣品厚度為lmm。
(6) 性能測量采用紫外-近紅外分光光度計測量厚度為lmm的透明激光玻 璃陶瓷的光透過率；采用傅立葉變換熒光光譜儀測量透明激光玻璃陶瓷的光熒光 圖譜，確定工作波長并計算出透明激光玻璃陶瓷的激光量子效率。
該摻釹Li20-Al20rSi02系透明激光玻璃陶瓷和相同化學(xué)組成的基質(zhì)玻璃相 比，激光量子效率提高了40~98%，厚度為lmm的激光透明玻璃陶瓷在近紅外波 段的光透過率為90~91%。
本發(fā)明提供的Li20-Al20rSi02系透明激光玻璃陶瓷集玻璃和單晶的優(yōu)異性 能于一身，與單晶基質(zhì)相比，該透明激光玻璃陶瓷材料生產(chǎn)工藝簡單、成本低、 摻雜濃度高；與玻璃基質(zhì)相比，由于基質(zhì)玻璃中微晶相的析出提高了材料的熱導(dǎo) 率和抗熱震性能。同時，由于發(fā)光離子有選擇地進(jìn)入微晶相中，使材料具有似晶 體的光譜特征，熒光譜線變窄。
具體實施例方式
實施例l
一種Li20-Al203-Si02系透明激光玻璃陶瓷的原料組成配料100g。量取 55.0gSiO2， 25.0gAl2O3， 4.5gLi20， 1.7gMgO， 1.7gZnO， 6.0gP2O5， 1.4gCaO， 1.7gTi02， 1.8gZr02， 1.0gSb2O3， 0.2gNd2O3。
其制備方法為
(1)玻璃熔制按上述Li20-Al203-Si02系透明激光玻璃陶瓷組成配制的配
合料在行星式球磨機(jī)中均勻混料2小時后，倒入剛玉坩堝，在硅鉬電阻爐中于 155(TC熔融2小時，注入不銹鋼模具，熔體迅速降溫固化成型。
(2)玻璃退火將成型后的玻璃體迅速置于53(TC馬弗爐內(nèi)保溫2小時，然后隨爐降至室溫。最終獲得淡紫色透明玻璃。
(3) 玻璃切割用切割機(jī)將制備的玻璃制品切割成小塊，用于后序晶化熱處理。
(4) 玻璃熱處理根據(jù)差熱分析曲線確定玻璃晶化熱處理制度，將切割后的
小塊樣品在750。C成核3小時，在840'C長晶1.5小時，獲得透明玻璃陶瓷。
(5) 玻璃陶瓷冷加工用不同顆粒尺寸的金剛砂粉料將熱處理后的玻璃陶瓷 樣品進(jìn)行雙面鏡面研磨和拋光，磨拋達(dá)到舊標(biāo)準(zhǔn)光潔度的11級，最終得到透明 玻璃陶瓷樣品厚度為lmm。
(6) 性能測量采用紫外-近紅外分光光度計測量厚度為lmm的透明激光玻 璃陶瓷的光透過率約為91%;采用傅立葉變換熒光光譜儀測量透明激光玻璃陶瓷 的光熒光圖譜，確定激光工作波長為1.065微米，并計算出透明激光玻璃陶瓷的 激光量子效率，和相同化學(xué)組成的玻璃基質(zhì)相比，量子效率提高了40%。
實施例2
一種Li20-Al203-Si02系透明激光玻璃陶瓷的原料組成配料100g。量取 55.0gSiO2， 25.0gAl2O3， 4.5gLi20， 1.6gMgO， 1.7gZnO， 5.8gP205， 1.4gCaO， 1.7gTi02， 1.8gZr02， 1.0gSb2O3， 0.5gNd2O3。
其制備方法為
(1)玻璃熔制按上述Li20-Al20rSi02系透明激光玻璃陶瓷組成配制的配
合料在行星式球磨機(jī)中均勻混料2小時后，倒入剛玉坩堝，在硅鉬電阻爐中于 155(TC熔融2小時，注入不銹鋼模具，熔體迅速降溫固化成型。
(2) 玻璃退火將成型后的玻璃體迅速置于53(TC馬弗爐內(nèi)保溫2小時，然 后隨爐降至室溫。最終獲得淡紫色透明玻璃。
(3) 玻璃切割用切割機(jī)將制備的玻璃制品切割成小塊，用于后序晶化熱處理。
(4) 玻璃熱處理根據(jù)差熱分析曲線確定玻璃晶化熱處理制度，將切割后的
小塊樣品在750'C成核3小時，在84(TC長晶1.5小時，獲得透明玻璃陶瓷。
(5) 玻璃陶瓷冷加工用不同顆粒尺寸的金剛砂粉料將熱處理后的玻璃陶瓷 樣品進(jìn)行雙面鏡面研磨和拋光，磨拋達(dá)到舊標(biāo)準(zhǔn)光潔度的11級，最終得到透明 玻璃陶瓷樣品厚度為lmm。
(6) 性能測量采用紫外-近紅外分光光度計測量厚度為lmm的透明激光玻 璃陶瓷的光透過率約為91%;采用傅立葉變換熒光光譜儀測量透明激光玻璃陶瓷的光熒光圖譜，確定激光工作波長為1.065微米，并計算出透明激光玻璃陶瓷的 激光量子效率，和相同化學(xué)組成的玻璃基質(zhì)相比，量子效率提高了65%。 實施例3
一種Li20-Al203-Si02系透明激光玻璃陶瓷的原料組成配料100g 。量取 55.0gSiO2， 25.0gAl2O3， 4.5gLi20， 1.5gMgO' 1.6gZnO' 5.8gP205， 1.3gCaO， 1.7gTi02， 1.8gZr02， 1.0gSb2O3, 0,8gNd2O3。
其制備方法為
(1)玻璃熔制按上述Li20-Al203-Si02系透明激光玻璃陶瓷組成配制的配 合料在行星式球磨機(jī)中均勻混料2小時后，倒入剛玉坩堝，在硅鉬電阻爐中于
1550'C熔融2小時，注入不銹鋼模具，熔體迅速降溫固化成型。
(2) 玻璃退火將成型后的玻璃體迅速置于53(TC馬弗爐內(nèi)保溫2小時，然 后隨爐降至室溫。最終獲得淡紫色透明玻璃。
(3) 玻璃切割用切割機(jī)將制備的玻璃制品切割成小塊，用于后序晶化熱處理。
(4) 玻璃熱處理根據(jù)差熱分析曲線確定玻璃晶化熱處理制度，將切割后的
小塊樣品在75(TC成核3小時，在84(TC長晶1.5小時，獲得透明玻璃陶瓷。
(5) 玻璃陶瓷冷加工用不同顆粒尺寸的金剛砂粉料將熱處理后的玻璃陶瓷 樣品進(jìn)行雙面鏡面研磨和拋光，磨拋達(dá)到舊標(biāo)準(zhǔn)光潔度的11級，最終得到透明 玻璃陶瓷樣品厚度為lmm。
(6) 性能測量采用紫外-近紅外分光光度計測量厚度為lmm的透明激光玻 璃陶瓷的光透過率約為90%;采用傅立葉變換熒光光譜儀測量透明激光玻璃陶瓷 的光熒光圖譜，確定激光工作波長為1.065微米，并計算出透明激光玻璃陶瓷的 激光量子效率，和相同化學(xué)組成的玻璃基質(zhì)相比，量子效率提高了87%。
實施例4
一種Li20-Al203-Si02系透明激光玻璃陶瓷的原料組成配料100g。量取 55.0gSiO2， 25.0gAl2O3， 4.5gLi20， 1.4gMgO， 1.5gZnO， 5.8gP205， 1.3gCaO， 1.7gTi02， 1.8gZr02， 1.0gSb2O3， l,0gNd2O3。
其制備方法為
(1)玻璃熔制按上述LbO-Al203-Si02系透明激光玻璃陶瓷組成配制的配
合料在行星式球磨機(jī)中均勻混料2小時后，倒入剛玉坩堝，在硅鉬電阻爐中于 155(TC熔融2小時，注入不銹鋼模具，熔體迅速降溫固化成型。
(2) 玻璃退火將成型后的玻璃體迅速置于53(TC馬弗爐內(nèi)保溫2小時，然
后隨爐降至室溫。最終獲得淡紫色透明玻璃。
(3) 玻璃切割用切割機(jī)將制備的玻璃制品切割成小塊，用于后序晶化熱處理。
(4) 玻璃熱處理根據(jù)差熱分析曲線確定玻璃晶化熱處理制度，將切割后的
小塊樣品在750'C成核3小時，在84(TC長晶1.5小時，獲得透明玻璃陶瓷。
(5) 玻璃陶瓷冷加工用不同顆粒尺寸的金剛砂粉料將熱處理后的玻璃陶瓷 樣品進(jìn)行雙面鏡面研磨和拋光，磨拋達(dá)到舊標(biāo)準(zhǔn)光潔度的11級，最終得到透明 玻璃陶瓷樣品厚度為lmm。
(6) 性能測量采用紫外-近紅外分光光度計測量厚度為lmm的透明激光玻 璃陶瓷的光透過率約為90%;采用傅立葉變換熒光光譜儀測量透明激光玻璃陶瓷 的光熒光圖譜，確定激光工作波長為1.065微米，并計l:出透明激光玻璃陶瓷的 激光量子效率，和相同化學(xué)組成的玻璃基質(zhì)相比，量子效率提高了98%。
權(quán)利要求
1、一種摻釹Li2O-Al2O3-SiO2系透明激光玻璃陶瓷，其特征是摻釹Li2O-Al2O3-SiO2系透明激光玻璃陶瓷原料的組分及含量(質(zhì)量百分比)為54～56％SiO2，24～26％Al2O3，7～9％Li2O+MgO+ZnO，7～8％P2O5+CaO，3～4％TiO2+ZrO2，1％Sb2O3，0.1～1.0％Nd2O3。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻釹Li20-Al20rSi02系透明激光玻璃陶瓷，其特征是摻釹 Li20-Al203-Si02系透明激光玻璃陶瓷的制備方法為(1) 玻璃熔制按上述摻釹Li20-Al203-Si02系透明激光玻璃陶瓷原料的組分及含量配制的配合料在行星式球磨機(jī)中均勻混料2小時后，倒入剛玉坩堝，在硅鉬電阻爐中于1550℃熔 融2小時，注入不銹鋼模具，熔體迅速降溫固化成型；(2) 玻璃退火將成型后的玻璃體迅速置于530℃馬弗爐內(nèi)保溫2小時，然后隨爐降至室 溫，最終獲得淡紫色透明玻璃；(3) 玻璃切割用切割機(jī)將制備的玻璃制品切割成小塊，用于后序晶化熱處理；(4) 玻璃熱處理根據(jù)差熱分析曲線確定玻璃晶化熱處理制度，將切割后的小塊樣品在750℃成核3小時，在840℃長晶1.5小時，獲得透明玻璃陶瓷；(5) 玻璃陶瓷冷加工用不同顆粒尺寸的金剛砂粉料將熱處理后的玻璃陶瓷樣品進(jìn)行雙面鏡面研磨和拋光，磨拋達(dá)到舊標(biāo)準(zhǔn)光潔度的11級，最終得到透明玻璃陶瓷樣品厚度為lmm;(6) 性能測量采用紫外-近紅外分光光度計測量厚度為lmm的透明激光玻璃陶瓷的光 透過率；采用傅立葉變換熒光光譜儀測量透明激光玻璃陶瓷的光熒光圖譜，確定工作波長并 計算出透明激光玻璃陶瓷的激光量子效率。
全文摘要
一種摻釹Li<sub>2</sub>O-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-SiO<sub>2</sub>系透明激光玻璃陶瓷原料的組分及含量(質(zhì)量百分比)為54～56％SiO<sub>2</sub>，24～26％Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，7～9％Li<sub>2</sub>O+MgO+ZnO，7～8％P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>+CaO，3～4％TiO<sub>2</sub>+ZrO<sub>2</sub>，1％Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，0.1～1.0％Nd<sub>2</sub>O<sub>3</sub>。其制備方法為(1)玻璃熔制；(2)玻璃退火；(3)玻璃切割；(4)玻璃熱處理；(5)玻璃陶瓷冷加工；(6)性能測量。本發(fā)明集玻璃和單晶的優(yōu)異性能于一身，與單晶基質(zhì)相比，該透明激光玻璃陶瓷材料生產(chǎn)工藝簡單、成本低、摻雜濃度高；與玻璃基質(zhì)相比，由于基質(zhì)玻璃中微晶相的析出提高了材料的熱導(dǎo)率和抗熱震性能。同時，由于發(fā)光離子有選擇地進(jìn)入微晶相中，使材料具有似晶體的光譜特征，熒光譜線變窄。
文檔編號C03C10/00GK101205116SQ200710158769
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者侯朝霞 申請人:沈陽大學(xué)