專利名稱：：一種合成Gd₃Ga₅O₁₂(GGG)透明陶瓷納米晶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種Gd3Ga50u(GGG)透明陶瓷納米晶的低成本制備方法，屬于納米材料
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：釓鎵石榴石(Gd3Ga5012，簡(jiǎn)稱GGG)屬于等軸晶系，具有立方結(jié)構(gòu)，是目前廣泛應(yīng)用的激光和發(fā)光基質(zhì)材料。GGG微粉可以用于制備大尺寸高功率固體激光工作物質(zhì)所需的透明陶瓷，從而取代因揮發(fā)原因難以制備的單晶材料。目前GGG粉體制備的方法主要有固相反應(yīng)合成法、溶膠-凝膠法、化學(xué)共沉淀法等。固相反應(yīng)合成需要較高的反應(yīng)溫度和較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，而且球磨混合難以達(dá)到化學(xué)組成均一，因此固相反應(yīng)難以制備出均勻、高燒結(jié)活性的粉體。溶膠-凝膠法法可以制備出高純的粉體，但是由于原料昂貴、且粉體中含有較多的有機(jī)成分致使陶瓷燒結(jié)體透明度下降，故一般很少使用。化學(xué)共沉淀法可以達(dá)到分子水平的混合，制備粉體工藝簡(jiǎn)單，同時(shí)可以降低粉體合成的煅燒溫度以制備出性能優(yōu)良的粉體。國(guó)內(nèi)有些學(xué)者采用此種方法，制備出了Gd3Ga50n(GGG)納米粉體。例如趙廣軍等以氨水作為沉淀劑，同時(shí)控制Gd203和Ga203非化學(xué)計(jì)量比稱量的條件下，于80(TC的燒結(jié)溫度下煅燒15小時(shí)，得到了粉體。樸賢卿等以碳酸氫銨做沉淀劑，在100(TC煅燒3小時(shí)也得到了粉體。但是，現(xiàn)有技術(shù)制備的GGG透明陶瓷納米晶粉料煅燒溫度較高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致納米晶粒度分布較寬或者顆粒團(tuán)聚較嚴(yán)重。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種Gd3GasOu(GGG)透明陶瓷納米晶的低成本制備方法。該方法操作簡(jiǎn)單，化學(xué)組成均勻性好、純度高，分散性好，顆粒細(xì)小且球形度好，并賦予GGG透明陶瓷納米粉體具有良好的可控制性及批量制備可行性。本發(fā)明采用氨水和碳酸氫銨溶液作分歩沉淀劑，以符合化學(xué)計(jì)量比的含Gd"和Ga3+兩種鹽溶液為母液，在80(TC的低溫下燒結(jié)2小時(shí)即可得到GGG透明陶瓷納米多晶粉料，此法工藝條件溫和，易于控制；適合低成本批量生產(chǎn)。本發(fā)明的目的可以采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)(1)嚴(yán)格按照化學(xué)計(jì)量比稱量Gd203和Ga203;(2)用稀HN03溶液溶解Gd203，用適當(dāng)配比濃HN03與濃HC1的混合液溶解Ga203;(3)將兩組分溶液混合均勻，得到澄清、透明的混合溶液；(4)強(qiáng)力攪拌條件下，先往混合溶液中滴加氨水，然后再滴加NH4HC03，控制反應(yīng)結(jié)束pH值在710之間，得到沉淀產(chǎn)物；(5)對(duì)該沉淀產(chǎn)物進(jìn)行抽濾、水洗、乙醇洗滌后，恒溫干燥得到GGG陶瓷納米晶的前驅(qū)體；(6)將前驅(qū)體進(jìn)行煅燒，得到GGG陶瓷納米晶。本發(fā)明的目的還可以通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明以氨水和碳酸氫銨共同做沉淀劑，使Gc^+、G^+能按比例(5:3)同時(shí)均勻沉淀出來(lái)，防止組分發(fā)生偏析。沉淀反應(yīng)時(shí)先用氨水來(lái)調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為24，后加入碳酸氫銨，控制沉淀反應(yīng)結(jié)束pH值在810之間；沉淀反應(yīng)結(jié)束后，再繼續(xù)攪拌陳化28小時(shí)。沉淀產(chǎn)物經(jīng)抽濾后先進(jìn)行25次水洗，后進(jìn)行25次乙醇洗滌。將洗滌后的沉淀于50120'C下恒溫干燥612h，得到GGG陶瓷納米晶的前驅(qū)體。將干燥后的前驅(qū)體于8001200°C下燒結(jié)13小時(shí)，得到GGG陶瓷納米晶。在制備混合溶液的過(guò)程中，Ga203的溶解比較困難，本發(fā)明選擇在濃HN03中加入適量的濃HC1、在809(TC恒溫水浴加熱條件下并快速攪拌來(lái)促進(jìn)溶解，其中濃HN03與濃HC1的體積比為1:01，理想的體積比為3:1。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下積極效果本發(fā)明采用氨水、碳酸氫銨做分步沉淀劑。首先由于氨水的存在可以使稀土離子按預(yù)先設(shè)計(jì)的組分定量沉淀，后續(xù)加入的碳酸氫銨由于在分解中產(chǎn)生co2，使溶液局部形成了成核所需的過(guò)飽和度，這有利于生成粒度小而且均勻的沉淀。同時(shí)碳酸氫銨在煅燒過(guò)程中也能產(chǎn)生C02氣體，可有效地防止了粉體在煅燒過(guò)程中產(chǎn)生的團(tuán)聚，從而可以優(yōu)化所得粉體的顯微結(jié)構(gòu)，提高粉體的燒結(jié)活性。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，采用固相法合成GGG多晶料需在高溫下(1350-1650。C)長(zhǎng)時(shí)間(24h)燒結(jié)，且存在反應(yīng)不充分等缺點(diǎn)。本方案中在低于IOO(TC下煅燒2h就可獲得晶化完全的GGG多晶料，極大的降低了粉體的合成溫度，進(jìn)而可節(jié)約能源，同時(shí)減少對(duì)設(shè)備的要求。本發(fā)明合成的納米晶近于球形，顆粒細(xì)小，純度高，分散性好，是適于制備GGG透明陶瓷的理想的前驅(qū)粉體。本發(fā)明還賦予GGG透明陶瓷納米粉體良好的可控制性及批量制備可行性。圖1是本發(fā)明方法制備的GGG陶瓷納米晶的X-射線衍射圖譜(80(TC煅燒2h)。具體實(shí)施方式實(shí)施例1操作步驟如下1、溶液的配制分別將7.322gGa203溶于300ml濃HC1與HN03的混合液中(其中V(HN03):V(HC1)=3:1)得到Ga(N03)3溶液；將8.496gGd203溶于lmol/L的HN03中得到Gd(N03)3溶液。將上述兩種溶液混合，定容500ml后，制成濃度為0.10mol/L的混合溶液。2、前驅(qū)體的制備在強(qiáng)力攪拌下往混合溶液中緩慢滴加氨水，調(diào)節(jié)pH值為2，使G^+、Gc^+同時(shí)均勻沉淀。再緩慢滴加濃度為2.0mol/LNH4HCO3的溶液，控制pH值為8使沉淀反應(yīng)完全且不發(fā)生溶解。滴定完后繼續(xù)攪拌lh，靜置待粒子沉降以后取少許上層清液，滴加氨水若不再產(chǎn)生沉淀說(shuō)明沉淀完全。將所得沉淀在40"C下繼續(xù)恒溫處理4h。3、洗滌處理倒去上層清液，對(duì)沉淀進(jìn)行抽濾。對(duì)沉淀進(jìn)行水洗3次，以除去沉淀表面吸附的各種雜質(zhì)離子，后醇洗3次，以減少粉體的團(tuán)聚。4、干燥處理將洗滌所得前驅(qū)體置于恒溫干燥箱中，在8(TC下恒溫干燥處理10h，得到GGG陶瓷前驅(qū)粉體。5、煅燒處理將前驅(qū)粉體用瑪瑙研缽研磨后，于80(TC下煅燒2h，即可獲得GGG陶瓷納米晶。圖1X-射線衍射結(jié)果表明，在800"C下煅燒2h即可獲得晶化完全的GGG多晶原料。其它實(shí)施例見(jiàn)下表。操作步驟相同。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求1、一種合成Gd3Ga5O12(GGG)透明陶瓷納米晶的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)嚴(yán)格按照化學(xué)計(jì)量比稱量Gd2O3和Ga2O3；(2)用稀HNO3溶液溶解Gd2O3，用適當(dāng)配比的濃HNO3與濃HCl的混合液溶解Ga2O3；(3)將兩組分溶液混合均勻，得到澄清、透明的混合溶液；(4)強(qiáng)力攪拌條件下，先往混合溶液中滴加氨水，然后再滴加NH4HCO3，控制反應(yīng)結(jié)束pH值在7～10之間，得到沉淀產(chǎn)物；(5)對(duì)該沉淀產(chǎn)物進(jìn)行抽濾、水洗、乙醇洗滌后，恒溫干燥得到GGG陶瓷納米晶的前驅(qū)體；(6)將前驅(qū)體進(jìn)行煅燒，得到GGG陶瓷納米晶。2、如權(quán)利要求1所述的一種合成Gd3Ga5012(GGG)透明陶瓷納米晶的方法，其特征在于以氨水和碳酸氫銨共同做沉淀劑，使Gd"、G^+能按比例(5:3)同時(shí)均勻沉淀出來(lái)，防止組分發(fā)生偏離。3、如權(quán)利要求1所述的一種合成Gd3Ga50,2(GGG)透明陶瓷納米晶的方法，其特征在于先用氨水來(lái)調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為24，后加入碳酸氫銨，控制沉淀反應(yīng)結(jié)束pH值在8IO之間；沉淀反應(yīng)結(jié)束后，再陳化28小時(shí)。4、如權(quán)利要求1所述的一種合成Gd3Ga50i2(GGG)透明陶瓷納米晶的方法，其特征在于以濃HN03與濃HC1的體積比為1:01的混合液，在809(TC恒溫水浴和快速攪拌條件下來(lái)實(shí)現(xiàn)Ga203的溶解。5、如權(quán)利要求1所述的一種合成Gd3Ga5012(GGG)透明陶瓷納米晶的方法，其特征在于對(duì)沉淀產(chǎn)物抽濾后進(jìn)行25次水洗，后進(jìn)行25次乙醇洗滌。6、如權(quán)利要求1所述的一種合成Gd3Ga5012(GGG)透明陶瓷納米晶的方法，其特征在于將洗滌后的沉淀于5012(TC下恒溫干燥612h，得到GGG陶瓷納米晶的前驅(qū)體。7、如權(quán)利要求1所述的一種合成Gd3Ga5012(GGG)透明陶瓷納米晶的方法，其特征在于將干燥后的前驅(qū)體于8001200。C下燒結(jié)13小時(shí)，得到GGG陶瓷納米晶。全文摘要本發(fā)明提供了一種合成Gd₃Ga₅O₁₂(GGG)透明陶瓷納米晶的方法，主要步驟嚴(yán)格按照化學(xué)計(jì)量比稱量Gd₂O₃和Ga₂O₃；用稀HNO₃溶液溶解Gd₂O₃，用濃HNO₃與濃HCl的混合液溶解Ga₂O₃；將兩組分溶液混合均勻，得到澄清透明的混合溶液；先往混合溶液中滴加氨水，調(diào)節(jié)pH值為2～4之間，再滴加NH₄HCO₃，控制反應(yīng)結(jié)束pH值在7～10之間，得到沉淀產(chǎn)物；對(duì)該沉淀進(jìn)行抽濾、洗滌、恒溫干燥、煅燒，得到GGG陶瓷納米晶。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，納米粉體合成溫度低，節(jié)約能源，同時(shí)減少對(duì)設(shè)備的要求；合成的納米晶近于球形，顆粒細(xì)小，純度高，分散性好，是適于制備GGG透明陶瓷的理想的前驅(qū)粉體。本發(fā)明賦予GGG透明陶瓷納米粉體良好的可控制性及批量制備可行性。文檔編號(hào)C04B35/622GK101591176SQ20091002057公開(kāi)日2009年12月2日申請(qǐng)日期2009年4月22日優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日發(fā)明者霞李,王桂素申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)