氧化钇透明陶瓷的研究进展

Y2O3为立方结构,熔点高,化学和光化学稳定性好,光学透明性范围较宽,声子能量低,易实现稀土离子的掺杂。Y2O3透明陶瓷在高温窗口,红外头罩,发光介质(闪烁、激光和上转换发光)及半导体行业具有潜在应用价值,有些已获得实际应用。结合研究结果,本文重点介绍Y2O3透明陶瓷制备工艺的研究进展,综合评述Y2O3透明陶瓷在高压气体放电灯灯管、窗口材料、闪烁陶瓷、激光陶瓷、上转换发光等应用领域方面的研究,并对国内Y2O3透明陶瓷的研发提出看法。     

红外透明MgO–Y_2O_3纳米复相陶瓷研究进展

针对未来高马赫数导弹的发展趋势及红外窗口材料所面临的技术挑战,对比分析了当前几种常见的红外窗口材料。Mg O–Y_2O_3纳米复相陶瓷具有出色的中波红外透过性能、极低的高温辐射系数、优良的高温力学性能、适中的热学性能以及仅次于蓝宝石的抗热震性,使其有望成为未来高马赫数导弹红外窗口/整流罩的最佳候选材料。同时着重对Mg O–Y_2O_3纳米复相陶瓷的研究进展及其设计原理、制备方法和材料性能等做了综述和介绍,最后对其发展前景做了展望与分析。减小Mg O–Y_2O_3纳米复相陶瓷的晶粒尺寸有望实现该材料在可见光波段的应用,其力学性能也将进一步增强。真空烧结配合热等静压烧结的工艺路线有利于实现大尺寸、近净尺寸成型制备。     

稀土离子掺杂CaF_2透明激光陶瓷的研究进展

稀土离子掺杂的CaF_2透明陶瓷同时具有氟化物独特的光学性能和陶瓷材料优异的力学性能,是一种具有战略意义的新型激光增益介质材料。综述了当前国内外稀土离子掺杂CaF_2透明激光陶瓷的研究进展,并对制备工艺和光学性能进行了阐述。分析了当前研究所遇到的问题,着重分析了Nd~(3+)∶CaF_2透明激光陶瓷的研究难点,并对其应用前景进行了展望。     

稀土铈离子掺杂镥铝石榴石光学透明闪烁陶瓷

首先简单介绍了国际上目前在闪烁透明陶瓷研究领域所涉及的材料体系、发展水平及存在的主要问题,然后重点介绍中国科学院上海硅酸盐研究所近年来在稀土铈离子掺杂镥铝石榴石(LuAG:Cze)透明闪烁陶瓷的制备、微观结构和光学性能等方面的研究结果。采用高温固相反应和共沉淀方法通过真空烧结工艺可制备透过率达77%的LuAG:Ce透明陶瓷。材料显微结构均匀,平均晶粒尺寸为10μm。在γ射线激发下、在国际上首次成功实现了闪烁输出,光产额为4818光子/MeV,为同样条件下测定的LuAG:Ce单晶的45%,锗酸铋(bismuth germanate,BGO)单晶的60%。最后,指出具有各向同性的立方材料体系、高质量粉体原料的制备以及降低光学散射损耗的有效方法是研制高质量光学透明陶瓷材料的关键因素。     

稀土离子掺杂的透明陶瓷制备工艺及其性能研究

透明陶瓷是一类通过玻璃的受控晶化而形成的由特定纳米晶相和玻璃基体构成的复合材料。近年来,因其在光通讯、激光、固态三维显示和太阳能电池等领域具有广阔的应用前景而成为光学材料领域的研究热点之一。本文研究了透明陶瓷的制备工艺,并采用熔体急冷法及后续热处理方法分别制备了稀土掺杂的含CaF2和YF3纳米晶的透明氟氧化物玻璃陶瓷材料,通过热分析、X射线粉末衍射、高分辨电子显微镜、吸收光谱和荧光光谱等技术系统地研究了所得材料的晶化行为、显微结构和光谱性能。     

Lu_2O_3:Eu与(Lu,Gd)_2O_3:Eu透明闪烁陶瓷的性能对比研究

高密度的Lu_2O_3:Eu陶瓷在X射线激发下可以观察出极强的红光发射,显示了该陶瓷在X射线探测成像领域有着巨大的应用前景;通过Gd共掺得到(Lu,Gd)_2O_3:Eu透明陶瓷可以改善Lu_2O_3:Eu透明闪烁陶瓷光谱性能,该文对两种陶瓷的多种性能进行对比,同时介绍了已经商用的(Y,Gd)_2O_3:Eu,Pr、GOS、GGG陶瓷的闪烁性能;阐述了单一组分的闪烁陶瓷性能单一,不能满足应用条件,多组分的闪烁陶瓷将会成为研究的热点。     

稀土Y_2O_3/La_2O_3对陶瓷高温绿色釉性能的影响

稀土氧化钇(Y_2O_3)、稀土氧化镧(La_2O_3)具有不改变釉料颜色、提高釉面光泽度、增强耐磨性,有效消除陶瓷在烧结过程中形成的气泡、针孔、微裂及波纹等作用。本文基于正交实验设计方法研究了Y_2O_3、La_2O_3和绿色釉用量3个因素的变化,根据正交实验表,制备了9组高温绿色釉面陶瓷样品,通过对烧结后9组样品釉面的表面微观形貌、维氏硬度、呈色及粘度进行对比分析,以获得气泡率低、脱釉少、呈色稳定的高温绿色釉配合比。研究结果表明:第6组Y_2O_3、La_2O_3和绿色釉的质量配比为最佳配合比,La_2O_3质量分数为1.26%,Y_2O_3质量分数为0.63%,绿色釉质量分数为98.11%;其表面形貌中水平高度差较其他样品低5～10μm,高温绿色釉面更加平整;硬度最大,为859.5 HV,耐磨性较好,色差最小,白度48.262、绿度-15.719、黄度14.995,呈色最稳定;粘度最小,为50.6 mPa·s,高温流动性好,烧结后表面更加光整。     

倍半氧化物激光陶瓷的研究进展

倍半氧化物透明陶瓷具有声子能量低、热膨胀系数低、损伤阈值高、热导率高等优势,在固体激光领域有着极大的应用前景。提出了研制高质量倍半氧化物透明陶瓷亟需解决的瓶颈问题,阐述了在倍半氧化物陶瓷制备过程中提高光学质量、减少晶格缺陷的关键措施,总结了稀土离子掺杂倍半氧化物陶瓷在1～3μm波段固体激光器应用中的代表性成果,并对倍半氧化物激光陶瓷的未来发展进行了展望。     

稀土氧化物在SiAlON陶瓷材料中的应用研究进展

简要论述了稀土氧化物在SiAlON陶瓷材料中的应用研究概况;介绍了Y_2O_3、Sm_2O-3、Dy_2O_3和Nd_2O_3等单一稀土氧化物以及复合掺杂稀土氧化物在SiAlON陶瓷材料中的应用进展,并比较了它们对SiAlON陶瓷材料性能的影响;最后对稀土氧化物在SiAlON陶瓷材料中的应用前景作了扼要的分析和展望。     

Y_2O_3掺杂BaTiO_3-ZnO陶瓷的压电性能研究

采用传统的固相反应法,制备了掺入Y_2O_3的BaTiO_3-ZnO陶瓷,通过对所制备陶瓷样品结构、常温介电、压电、铁电性能的分析发现:与未掺入Y_2O_3的BaTiO_3-ZnO陶瓷相比,Y_2O_3的掺入减小了BaTiO_3-ZnO陶瓷的径向收缩率、密度和晶胞体积,同时使材料的晶系结构由立方相转变为四方相结构,Y~(3+)进入BaTiO_3-ZnO陶瓷晶格中并与之形成了固溶体;Y_2O_3的掺入可以提高样品的矫顽场(Ec),但对材料压电系数变化不大,介电常数总体在减小,当未掺入Y_2O_3时,样品的介电常数最大(ε′=2577),样品的介电损耗最小(tanδ=0.0083)。     

透明陶瓷研究进展

透明陶瓷除具有传统陶瓷典型特性外,还具有玻璃的光学特性,是一类备受关注的新型无机材料。综述了透明陶瓷透光原因及制备方法,重点介绍了近年来我国在透明激光陶瓷、陶瓷闪烁体、红外窗口陶瓷中的研究进展,并对其研究趋势提出展望。     

固体氧化物燃料电池中的陶瓷材料

固体氧化物燃料电池(SOFC)也称为陶瓷燃料电池,其关键组成电解质、阴极和阳极均为陶瓷氧化物材料。致密电解质薄膜材料是核心,主要是(纯)氧离子导体,其电导率依赖于氧化物中的氧离子空位传导,氧空位主要来源于氧化物中低价金属离子掺杂;工业上主要使用萤石结构Y_2O_3掺杂的ZrO_2(YSZ)和Sc_2O_3掺杂的ZrO_2(ScSZ),更高氧离子电导率的材料包括掺杂的CeO_2、δ-Bi_2O_3和掺杂的LaGaO_3钙钛矿材料,有望在中低温下使用。电极都是多孔陶瓷材料,同时具有氧离子传导和电子传导性能。工业上阳极主要采用Ni-YSZ多孔金属陶瓷,具有混合离子电子导电性(MIEC)的钙钛矿材料是现在的研究热点。工业上阴极材料主要是掺杂LaMnO_3和YSZ复合陶瓷,在高温下具有良好的电化学性能和稳定性;中高温范围内被认可的材料是掺杂LaFeO_3基钙钛矿材料,以La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_3-δ为代表,具有良好的电化学活性和稳定性;优化材料组分和结构仍然是阴极材料的研究重点,也是SOFC领域必须突破的重要方向。     

Mg-Al-O-N体系中几种典型透明陶瓷材料

透明陶瓷作为一类既具有类似玻璃高光学透明性又兼具类似单晶高熔点、高强度、高硬度和高化学稳定性等优异理化性能的结构功能一体化材料,可在多种极端环境（耐高温、抗冲击和抗强辐射等）下作为光学窗口应用,还可以通过稀土离子或过渡离子掺杂等手段发展其激光、荧光等性能。在目前已经发展出的陶瓷材料体系中,Mg-Al-O-N体系中几种透明陶瓷材料(如Al2O3、MgO、AIN、MgAl2O4、AION、MgAION等)是研究最为广泛的透明陶瓷材料。本文简述了这几种材料结构、性能、制备研究进展和应用情况,并对其未来的发展进行了展望。     

Y_2O_3-BaTiO_3-ZnO陶瓷的制备及其性能的研究

笔者采用传统的固相反应法,制备了掺入Y_2O_3的BaTiO_3-ZnO陶瓷,通过对所制备陶瓷样品的结构、常温介电、压电、铁电性能的分析发现:(1)与未掺入Y_2O_3的BaTiO_3-ZnO陶瓷相比,Y_2O_3的掺入减小了BaTiO_3-ZnO陶瓷的径向收缩率、密度和晶胞体积,同时使材料的晶系结构由立方相转变为四方相结构,Y~(3+)进入BaTiO_3-ZnO陶瓷晶格中并与之形成了固溶体;(2)Y_2O_3的掺入可以提高样品的矫顽场(Ec),但对材料压电系数变化不大,介电常数总体在减小,当未掺入Y_2O_3时,样品的介电常数最大(ε′=2577),样品的介电损耗最小(tanδ=0.0083)。     

Y_2O_3∶ Nd透明陶瓷的制备

以氧化钇、氧化钕和碳酸氢铵为原料,制备出了前驱物经煅烧后颗粒尺寸为40～60 nm的Y_2O_3∶ Nd纳米粉体.该粉体先模压成型、再经冷等静压成型,通过真空烧结和热等静压成功制备出红外平均透过率达72%的Y_2O_3∶ Nd透明陶瓷.     

含稀土ZnO-B_2O_3-SiO_2玻璃的化学稳定性（英文）

为了探索稀土氧化物掺杂对硼硅酸盐玻璃化学稳定性的影响,利用熔融冷却法制备了掺杂Nd_2O_3、Gd_2O_3和Y_2O_3的ZnO-B_2O_3-SiO_2系玻璃。在一定的条件下,对玻璃在去离子水、酸、碱液态侵蚀介质中的腐蚀行为进行了研究。利用扫描电镜和能谱分析对腐蚀后的玻璃样品表面形貌和成分变化进行了表征,对酸性侵蚀介质中出现的白色沉淀进行了X射线物性分析,同时利用电感耦合等离子光谱仪测定了去离子水中浸出离子的浓度。结果表明:该系统玻璃的化学稳定性顺序为:耐酸性耐碱性耐水性。稀土氧化物的添加降低了玻璃侵蚀过程中的质量损失,减轻了玻璃的腐蚀程度和抑制了各组分的浸出量。Y_2O_3、Gd_2O_3和Nd_2O_3的添加使得该玻璃在去离子水中钠离子的浸出量从148.703μg/cm~2分别降低到43.751,63.984和138.828μg/cm~2。Nd_2O_3、Gd_2O_3和Y_2O_3掺杂对硼硅酸盐玻璃化学稳定性的改善作用顺序为Y_2O_3Gd_2O_3Nd_2O_3。     

Sm~(3+)、Ce~(3+)掺杂Y_2O_3:Eu~(3+)的低温燃烧法制备及发光性能

采用低温燃烧法分别制备了Y_2O_3:Eu~(3+)和钐(Sm~(3+))、铈(Ce~(3+))掺杂的Y_2O_3:Eu~(3+)红色荧光粉,并研究了反应温度及掺杂量对荧光粉性能的影响。使用激光粒度仪、X射线粉末衍射仪和荧光光谱仪,对样品的物相、粒度及发光特性进行了表征和分析。结果表明,Y_2O_3:Eu~(3+)的最佳反应温度为200℃,Sm~(3+)和Ce~(3+)掺杂Y_2O_3:Eu~(3+)的粒径分别分布在396～615 nm和531～955 nm,Sm~(3+)和Ce~(3+)的掺杂均能显著增强Y_2O_3:Eu~(3+)红色荧光粉的发光性能。     

Dy~(3+)/Y~(3+)掺杂GdPO_4玻璃陶瓷的制备及性能研究

以Na_2CO_3、Al_2O_3、SiO_2、NaF、GdF、DyF、YF、(HN_3)_2HPO_4为原料,利用熔融急冷法制备了GdPO_4玻璃陶瓷以及Y~(3+)、Dy~(3+)、Y~(3+)/Dy~(3+)掺杂的GdPO_4玻璃陶瓷,通过DSC、XRD、SEM、紫外可见光度计等研究了玻璃陶瓷的制备工艺、相成分、微观结构和透光性。结果表明:确定的热处理规程为570℃核化2h再670℃晶化2h,得到的玻璃陶瓷外观透明、成型良好,在玻璃基体中有明显的微晶。在GdPO_4中掺杂稀土有利于微晶从玻璃基体中析出,其中Dy~(3+)掺杂GdPO_4玻璃陶瓷中的微晶尺寸最大。所有的玻璃陶瓷在可见光区具有高透过性,Dy~(3+)掺杂的GdPO_4玻璃陶瓷的可见光区透光率低于其他样品。     

铕掺杂Gd2Zr2O7透明陶瓷的制备及闪烁性能

与传统闪烁陶瓷相比,基于立方相Gd₂Zr₂O₇具有高密度、高光学透过率和良好的闪烁性能等特征,本工作采用真空烧结法,成功制备出系列Eu³⁺掺杂Gd₂Zr₂O₇透明陶瓷,研究了掺杂离子及掺杂量对其晶体结构、光学透过率、荧光性能及闪烁性能的影响。结果表明,所制备的透明陶瓷样品具有良好的光透过能力;光谱表征发现,20%Eu³⁺掺杂Gd₂Zr₂O₇具有最佳的光致荧光和辐照发光强度,其最强发射峰位于630 nm。X射线成像实验表明,Gd_1.8Eu_0.2Zr₂O₇透明陶瓷的X射线成像分辨率可达11 lp·mm^–1,具备对不同材质物体的成像应用潜力。在医学成像、工业探伤、高能物理等领域具有潜在的应用价值。     

添加Y2O3对CaF2陶瓷烧结和抗水化性的影响

为了制备致密且抗水化的CaF_2陶瓷,以w(CaF_2)=99.9%的氟化钙为原料,分别添加质量分数为0、0.5%、1%、2%、4%和6%的高纯Y_2O_3粉作为添加剂,经180 MPa等静压成型后,在空气气氛中于1 300℃保温2 h烧结制成CaF_2陶瓷,研究添加Y_2O_3对CaF_2陶瓷烧结及抗水化性能的影响。结果表明:在氟化钙原料粉中添加适量的Y_2O_3制备的CaF_2陶瓷,其烧结致密度和抗水化性能显著提高。这是因为Y_2O_3与CaF_2陶瓷在烧结过程中产生的Ca O杂质反应生成了Ca3Y2O6液相,覆盖在氟化钙陶瓷表面,从而阻止了氟化钙陶瓷和水蒸气的进一步接触。在本研究中,Y_2O_3的适宜添加量在1%(w)左右。