无机材料制备技术

1、大连工业大学纺织与材料工程学院 课程名称：无机材料制备技术 题目：Eu3+：YAG玻璃发光陶瓷的制备方法 学 院：纺织与材料工程学院 专 业：材料化学 班级学号：132-15 学生姓名：宋昕 指导教师：宋宇 完成时间：2016/5/4 Eu3+：YAG玻璃发光陶瓷制备方法摘要：YAG晶体作为一种基质材料易掺杂稀土离子，能给激活离子提供良好的晶场环境。此外，其具有良好的机械强度，透明度，化学稳定。目前，稀土离子掺杂YAG晶体主要采用高温提拉法制备而成，此方法存在成本高、工艺复杂、速度慢等缺点。而相较稀土离子掺杂玻璃而言，稀土离子掺杂玻璃虽然具有制备工艺简单，易拉制成光纤，几何尺寸大等优点，但在热

2、导率、激光振荡阈值、重复次数等方面难与晶体相比。此以Eu3+掺杂SiO2-NaF-Al2O3-Y2O3系统玻璃为基础玻璃，经 1300 保温2 h得到Eu3+YAG玻璃陶瓷。研究基玻璃陶瓷的结构、形貌和光谱特性，以及础玻璃组分对YAG晶相的影响。关键词：Eu3+：YAG；复合材料；发光Eu3+：YAG发光玻璃陶瓷的发展历程近年来，随着人们生活水平的提高，对各种大型建筑的紧急照明、安全逃生等系统要求越来越高，对发光陶瓷产品的要求也越来越高。其中玻璃发光陶瓷是一种代表性的可开发材料。越来越多的研究者开始关注陶瓷发光，并投入大量的精力来研究高质量的陶瓷发光，使其在制备工艺、使用技术、余辉性能、化学稳

3、定性和环保等各个方面得到了前所未有的发展。主要的制备方法有共沉淀法、均相沉淀法、高温熔融法等。共沉淀法制备Eu3+：YAG发光玻璃陶瓷实验仪器及试剂：实验仪器：(1)磁力加热搅拌器(2)电热恒温鼓风干燥箱(3)电阻炉(4)X射线粉末衍射仪(5)吸收光谱分析仪(6)拉曼光谱分析仪(7)荧光光谱仪北京化工厂 天津市光复精细化工研究所 北京化工厂中国科学院长春应用化学研究所852型恒温磁力加热搅拌器，江苏省金坛 荣华仪器制造有限公司 上海精宏实验设备有限公司， DHG9053A型 Y-feng意丰电炉，额定功率14 kw，温度 1700。C，上海意丰电炉有限公司， YFFXl27171YC实验试剂：

4、Eu(N03)3(纯度为9999) 乙醇 分析纯 (99.7%) 46.07聚乙烯吡咯烷酮 K-30 进分氨水 化学纯 (25%28%) 17.03AI(N03)3·9H2O 化学纯 (99.5%) 150.09醋酸 化学纯 (99.5%) 60.05实验过程：将适量的Eu(N03)3和Ca(N03)2按照一定的配比14：12在室温下溶于去离子水搅拌均匀。制得澄清并且均匀的前驱体溶液之后，再将沉淀剂NH3.H20缓慢滴加到溶液中去，为了避免因各种阳离子具有不同的沉淀速度而导致沉淀产物的物相不均一，我们把溶液缓慢倒入已经盛有过量氨水的容器中，以确保各种阳离子能够同时沉淀，不会导致物相分

5、离。再将所得的沉淀物凝胶于140烘干，去水，最后放到高温炉中于1100烧结8个小时，即得到了Eu3+：YAG粉体。将上述制取的粉末经高压磨具压至30 GPa，形成陶瓷靶，此靶在1300下烧结8小时使其结构更加致密，将该烧结的陶瓷靶放入电子束腔内用电子束烧蚀使其熔化冷却后，该特点是样品能够快速熔化和快速冷却，形成的陶瓷体和原来粉末的微观结构基本相似，所以我们认为制备结晶性较好的Eu3+：YAG粉末至关重要。将烧蚀的样品经化学机械抛光形成我们所需的样品。均相沉淀法制备Eu3+：YAG发光玻璃陶瓷实验仪器及试剂：实验仪器：集热式恒温加热磁力搅拌器DF-101S 河南省予华仪器有限公司高频数控超声波清

6、洗器KQ-800TDB 昆山市超声波仪器有限公司电热恒温鼓风干燥箱DHG-9140A 上海迈捷实验设备有限公司高速台式离心机TGL-16C 上海安亭科学仪器厂实验试剂：Eu(N03)3(纯度为9999) 乙醇 分析纯 (99.7%) 46.07聚乙烯吡咯烷酮 K-30 进分聚乙二醇 1000 化学纯 950.01050.0十六烷基三甲基溴化铵 分析纯 (99.0%) 364.45十二烷基硫酸钠 化学纯 (86.0%) 288.38实验过程：首先将适量的Eu(N03)3和Ca(N03)2按照一定的配比14：12在去离子水中均匀混合，再将Eu(N03)3纯度为(9999)按照Eu与Al的原子比形式

7、按照不同的百分比 (0-2)掺杂到混合溶液中，充分混合后，得到澄清并且均匀的混合溶液，这时再将沉淀剂NH3H20缓慢滴加到溶液中去，为了避免因各种阳离子具有不同的沉淀速度而导致沉淀产物的物相不均一，我们先在一个烧杯中装有过量的NH3.H20，再把溶液缓慢倒入已经盛有过量氨水的容器中，以确保各种阳离子能够同时沉淀，不会导致物相分离。再将所得的沉淀物凝胶于140烘干，去水，最后放到高温炉中于1100 烧结8个小时，即得到Eu3+：YAG粉体。将上述制取的掺Eu3+粉末经高压磨具压至30GPa，形成陶瓷靶，此靶在1300 度下烧结8小时使其结构更加致密，将该烧结的陶瓷靶放入电子束腔内用电子束烧蚀使其

8、熔化冷却后，该特点是样品能够快速熔化快速冷却，在快速冷却的情况下，晶体结构中的原子不会有太大的移动，形成的陶瓷体和原来粉末的微观结构基本相似，所以我们认为制备结晶性较好的Eu3+：YAG粉末是必需的。将烧蚀的样品经化学机械抛光形成我们所需的样品.高温熔融法制备Eu3+：YAG发光玻璃陶瓷实验仪器：电热恒温鼓风干燥箱 DHG-9140A 上海迈捷试验设备有限公司 高速台式离心机 TGL-16C 上海安亭科学仪器厂 高温节能炉 KSS-1400 洛阳永泰试验电炉厂 集热式恒温磁力搅拌器 DF-101S 河南省予华仪器有限公司 纺织品抗紫外因子测试仪 Labsphere 美国 Labsphere 公

9、司 氧指数测定仪 LKC-09 美国 FTT 公司 生化培养箱 150A 苏州威尔实验有限公司 立式电热蒸汽消毒器 YXQ-L-S-30S 上海三申医疗器械有限公司 数控超声波洗涤器 KQ-2200DV 昆山市超声仪器有限公司 轧车 EL-400 上海朗高纺织设备有限公司 焙烘机 R-3 上海皇巨设备有限公司 实验过程：原料Y2O3、Al(OH)3、SiO2、NaF、ZrO2均为分析纯，Eu2O3纯度为99.99%。按摩尔百分比称量混合料，ZrO2以混合料总质量的0.3%外加引入，充分研磨混合置于坩埚中，放入高温电阻炉内1500煅烧1h。取出玻璃液浇铸于事先预热的铁板上，迅速转移至600马弗炉

10、自然冷却至室温，得到基础玻璃，于1300保温2h。图1中为样品ad( 固定Y2O3 和 Al 2O3 的量，变动SiO2、NaF的量在1300下热处理2 h得到的XRD图谱。图1(b)、(c)图谱中YAG特征峰衍射峰增多，且在33°附近出现了YAG主衍射峰，说明主要析出YAG晶相，此时仍存在少量Y4.67(SiO4)3O相；此外随着SiO2含量减少，NaF含量增加，YAG晶相析出趋势增加。图2为样品eh(固定Y2O3和Al2O3的量，变动SiO2、NaF的量) 在1300 下热处理2h 得到XRD图谱。在位于30 °出现对应 于Y4.67(SiO4)3O特征峰；随着Y2O3

11、含量增加，Al2O3含量减少，Y4.67(SiO4)3O晶体析出趋势增加。图2(f)和(g)为样品f、g的XRD图谱，在33°附近出现YAG特征峰。随着Y2O3含量减少，Al2O3含量增加，YAG晶体的析出趋势增加。(1)采用高温固相熔融法，在1500下熔制了系列(70-x)SiO2-xNaF-(30-y)A12O3-(y-0.1)Y2O30.3ZrO2-0.1Eu2O3基础玻璃。基础玻璃在1300保温晶化2h得到纯相YAG玻璃陶瓷。(2)Eu3+掺杂对晶体结构产并未产生影响，但SiO2、NaF、Y2O3和Al2O3组分含量直接决定Y4.67(SiO4)3O和YAG晶相的形成和数量。

12、SiO2和Y2O3含量减少，NaF和Al2O3含量增加，有利YAG晶相析出，确定最佳基础组分为50SiO2-20NaF-24A12O3-5.9Y2O3-0.3ZrO2-0.1Eu2O3。目前工业生产的发光陶瓷大多是中低温的发光陶瓷，发光材料多是ZnS和铝酸盐类，使用要求苛刻。总的来说，由于发光材料的类型、颗粒细度、基础釉成分、烧成温度和保温时间等的不同，产品的质量差异很大。就烧成温度而言，同一温度下快烧、慢烧、保温时间直接影响产品的发光性能，以及材料质量等。所以必须保证有足够的发光材料颗粒存在于发光陶瓷中，那么就需要在保证其质量的情况下采用快速升温、短时间保温和快速冷却的烧成工艺。在国家节能减

13、排、低碳经济的方针指导下，建筑陶瓷生产开始向低温快速烧成方向发展，烧成制度也有利于发光陶瓷的烧成，因此，发光陶瓷大规模的应用于建筑陶瓷业更为可行。我国具有世界上丰富的稀土资源，更好的发挥稀土的资源优势并将其转化为科技优 势和经济优势，是摆在我们面前的一项艰巨而又紧迫的任务。稀土元素独特的物理化学 性质，决定了它们具有极为广泛的用途。稀土元素具有未充满的4f壳层和4f电子被外层的5s2、5p6电子屏蔽的特性，使稀土元素具有极复杂的类线型的光谱。是应用于发光的最好材料，稀土发光材料的优点是吸收能力强，转换效率高，在可见光区域内有很强的发射能力，物理化学性质稳定。在平板显示、新一代光源、光电器件及光纤通信等高科技 的持续发展和创新使之成为人们研究和发展的热点。因此，稀土发光材料的研究在国民 经济及国家安全的实际应用中具有最重要的意义。参考文献：1邱子凤,王磊,郑华德. 发光釉料的应用现