ZrO2基透明陶瓷的制備及其發(fā)光性能研究.pdf

1、氧化鋯（ZrO2）透明陶瓷具有高韌性、高抗彎強(qiáng)度、高耐磨性和優(yōu)異的隔熱性能等優(yōu)點(diǎn)，且8mol％Y2O3摻雜的ZrO2（8YSZ）為立方結(jié)構(gòu)，具有高折射率、良好的光學(xué)透明性和化學(xué)穩(wěn)定性，是一種性能優(yōu)異的光學(xué)材料，在航空、航天以及國防工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。而在氧化鋯透明陶瓷中添加稀土元素Er和Yb可以進(jìn)一步拓展其在透明激光陶瓷中的應(yīng)用。
　　本文以ZrOCl2·8H2O、Y2O3和氨水等為原料，采用化學(xué)共沉淀法制備8YSZ和E

2、r3+/Yb3+：8YSZ納米粉體，并采用氫氣氣氛燒結(jié)制備ZrO2透明陶瓷。對(duì)粉體性能、陶瓷顯微結(jié)構(gòu)、力學(xué)和光學(xué)性能進(jìn)行研究，探究燒結(jié)助劑對(duì)制備ZrO2透明陶瓷組織和性能的影響，并研究Er3+及Er3+/Yb3+摻雜8YSZ粉體的發(fā)光性能。
　　研究結(jié)果表明：采用共沉淀法以稀氨水為沉淀劑，鹽溶液濃度為0.2mol%并添加分散劑制備的8YSZ（或Er3+/Yb3+：8YSZ）粉體為近球形，顆粒大小均勻（20nm左右），分散性較好，沒

3、有嚴(yán)重的團(tuán)聚存在。粉體經(jīng)不同溫度煅燒均為單一的立方氧化鋯相，在800℃煅燒時(shí)其晶格常數(shù)達(dá)到最大值5.1322埃米，結(jié)晶更完整。氫氣氣氛燒結(jié)過程中，隨著燒結(jié)溫度的升高試樣的相對(duì)密度呈遞增趨勢；其硬度和斷裂韌性則先升高后下降，在1570℃時(shí)達(dá)到最大值18.26GPa和5.96MPa·m1/2，且試樣晶界清晰，晶粒大小分布較為均勻，平均粒徑為10~20μm；在相同燒結(jié)條件下，添加燒結(jié)助劑ZnO試樣的相對(duì)密度、硬度、斷裂韌性和透光率均高于未添加

4、燒結(jié)助劑的試樣，說明添加劑能夠有效地降低燒結(jié)溫度，提高ZrO2透明陶瓷的透光率和性能。
　　Er3+:8YSZ樣品的熒光強(qiáng)度隨摻雜濃度和煅燒溫度呈先增強(qiáng)后減弱趨勢，當(dāng)Er3+摻雜濃度為1.5mol%煅燒溫度為800℃時(shí)熒光強(qiáng)度最強(qiáng)；在800℃煅燒時(shí)其綠色和紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度均達(dá)到最強(qiáng)，Er3+摻雜濃度為1mol%時(shí)其綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度最強(qiáng)。隨Er3+/Yb3+摻雜濃度的提高，Er3+/Yb3+:8YSZ樣品出現(xiàn)熒光藍(lán)移；當(dāng)Yb3+