[01403180]稀土掺杂钇铝石榴石高性能陶瓷粉体制备新技术

稀土掺杂钇铝石榴石（Re：YAG）因其优异的光学性能而被广泛用作荧光发光基质材料和激光工作物质。掺铈钇铝石榴石（Ce：YAG）粉体可做超短余辉荧光粉等发光材料,用于白光LED、阴极射线管屏幕及高分辨显示器等领域。掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG）陶瓷作为优质大型固体激光器激光工作物质,广泛用于工业、军事、医学和科研等方面,例如,材料加工,激光医疗,激光测距,目标指示器等,要制造高性能Nd：YAG陶瓷则需要高性能Nd：YAG粉体。以上两种粉体材料在民用、工业及国防等领域均具有重要应用价值。 本成果针对我国该领域技术落后和依赖国外进口的现状,根据荧光发光材料、激光陶瓷材料与器件基本性能和制备工艺特殊要求,Re：YAG粉体材料需要具备组分均匀、纯度高、分散性好、颗粒呈球形且分布范围窄等特性,以共沉淀法和溶剂热法为基础,利用微生物技术,通过合成工艺、合成条件与合成Ce：YAG粉料性能的关系,对共沉淀法及制备工艺进行技术创新;通过前躯体的制备、溶剂种类、合成工艺及热力学和动力学等影响因素研究,对溶剂热法合成Re：YAG粉体进行技术创新,优化合成工艺与条件,确定最佳合成工艺参数;本着原料来源广、合成设备与工艺简单、、粉体性能高、可批量制备的原则,通过批量制备技术创新,进行批量制备研究和生产应用,从而制备组分均匀、纯度高、分散性好、颗粒呈球形且分布范围窄、光学性能优异的Re：YAG粉体。 本成果主要创新点一是采用微生物-共沉淀法,在制备Ce：YAG前躯体过程中引入价廉、无毒的微生物,通过带负电荷的球形微生物细胞按比例对不同金属离子的吸附和沉淀反应,形成由生物细胞和金属离子及其盐组成的团粒,在团粒的重力作用下,可使Y3+、AL3+、Ce3+离子发生同步沉淀,显著提高了Ce：YAG前躯体组分的均匀性和Ce：YAG粉体的荧光性能;二是首次采用低成本、无毒乙醇、乙二胺及其混和溶液为溶剂,在低于300℃温度下合成了分散性好、粒度分布均匀、颗粒近球形且光学性能优异的Ce：YAG和Nd：YAG粉料;三是采用“一步”溶剂热法合成Re：YAG粉体,即前躯体不经干燥直接进行溶剂热反应,减少了工序,提高了反应速度和合成效率;四是自主设计了批量制备工艺设备,确保了生产性能优异的Re：YAG粉体的需要。 本成果通过对共沉淀法和溶剂热法的技术创新,申请了一项国家发明专利,在国内外重要学术期刊发表了SCI、EI收录的相关论文17篇,其中有一篇被引用38次,三篇被引用10次以上。 本成果通过上述制备Re：YAG粉体关键技术与创新,有效地改善了前躯体组分的均匀性,可获得组分均匀、分散性好、颗粒分布均匀的球形Re：YAG粉体。合成的Ce：YAG荧光粉体,其相对发光亮度可达到103%,显著提高了Ce：YAG粉体的发光性能,制备荧光发光器件时可减少荧光粉用量20%,其发光亮度超过国内同类产品（其相对发光亮度为95%）和美日等国外同类产品（其相对发光亮度为101%）的水平。合成的Nd：YAG粉体,用于制造Nd：YAG激光透明陶瓷材料,其相对密度达到99.5%,其透光率为67%,其荧光性能与Nd：YAG单晶体相当,超过了日本等国外同类产品（透光率为63%）的先进水平。