本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備高透過(guò)率NaLaS₂紅外透明陶瓷的方法。

背景技術(shù)：

NaLaS₂是一種三元稀土硫?qū)倩衔?，具有立方NaCl結(jié)構(gòu)，理論上在2.5～20μm的紅外波段具有良好的透過(guò)率且折射率n＝1.74，其熔點(diǎn)高達(dá)1800℃，熱膨脹系數(shù)為3.4×10^-6K^-1，熱導(dǎo)率為1.4W·m^-1·K^-1，硬度為430kg/mm²，(Materials Research Bulletin,1999,34(8):1291-1300)。因此，NaLaS₂是一種理化性能優(yōu)異的紅外透波材料，可以廣泛應(yīng)用于紅外技術(shù)領(lǐng)域。1975年Isaacs通過(guò)測(cè)試NaLaS₂粉體與KBr的混合冷壓片的紅外光譜，首次建議NaLaS₂可以用作長(zhǎng)波(8～14μm，大氣紅外窗口)紅外透波材料(J.Elect.Mater.,1975,4:1181-1189.)；1987年P(guān).E.D.Morgan等人報(bào)到了熔鹽法制備可能應(yīng)用于紅外材料的NaLaS₂球形粉體(Materials Research Bulletin,1987,22:617-621)；2015年Huanyong Li等人通過(guò)真空熱壓燒結(jié)NaLaS₂粉體制備了透過(guò)率最大為45.4％的NaLaS₂紅外透明陶瓷(Materials Letters,2015,156:62–64)；但這些制備方法工藝過(guò)程復(fù)雜、需仔細(xì)地控制工藝參數(shù)，且NaLaS₂透明陶瓷制備中難以產(chǎn)生液相，難以控制紅外透明陶瓷的微觀組織均勻性和獲得高的紅外透過(guò)率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種制備高透過(guò)率NaLaS₂紅外透明陶瓷的方法，克服現(xiàn)有技術(shù)工藝過(guò)程復(fù)雜，透明陶瓷制備中難以產(chǎn)生液相，難以控制微觀組織均勻性和獲得高的紅外透過(guò)率的問(wèn)題。

技術(shù)方案

一種制備高透過(guò)率NaLaS₂紅外透明陶瓷的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、固態(tài)前驅(qū)體制備：

在25℃下，采用去離子水將NaCl制成飽和溶液；

將LaCl₃·6H₂O和檸檬酸鈉分別溶于相同體積的去離子水中，制得物質(zhì)的量濃度均為1.0mol·L^-1的LaCl₃·6H₂O溶液和檸檬酸鈉溶液；

將LaCl₃·6H₂O溶液和檸檬酸鈉溶液混合后，轉(zhuǎn)移至含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中；然后將高壓反應(yīng)釜封閉好后置于電爐中，以10℃/min的升溫速率升至120℃～150℃，保溫120min～240min，然后將爐子自然冷卻至室溫，將反應(yīng)釜中的反應(yīng)產(chǎn)物沉淀過(guò)濾，并用去離子水洗滌獲得白色固體產(chǎn)物；

將白色固體產(chǎn)物在磁力攪拌下分散于NaCl的飽和溶液中，并放入真空干燥箱中，在60～80℃、真空度20Pa下，保持3小時(shí)，除去水分，得到無(wú)定形的檸檬酸鑭與NaCl的均勻混合的干燥的固態(tài)前驅(qū)體粉體；

所述NaCl、LaCl₃·6H₂O和檸檬酸鈉的物質(zhì)的量之比NaCl︰LaCl₃·6H₂O︰檸檬酸鈉＝1.0︰1.0︰1.0；

所述檸檬酸鈉的化學(xué)式Na₃C₆H₅O₇

步驟2、制備熱壓多晶粉體：

將固態(tài)前驅(qū)體粉體在瑪瑙研缽中研磨成粉體，然后置于氣氛管式爐中，在流量為30ml/min的硫化氫氣體或二硫化碳?xì)怏w保護(hù)下，以加熱速率30℃/min快速升溫至750～850℃，保溫1～2小時(shí)；

保溫時(shí)間結(jié)束后，自然冷卻，待氣氛管式爐爐溫低于600℃時(shí)，撤去硫化氫氣體或二硫化碳?xì)怏w保護(hù)氣氛，改用流量為30ml/min的Ar氣氛保護(hù)，自然冷卻至室溫，從管式爐內(nèi)取出黃綠色粉體，即為制備出的熱壓多晶粉體；

步驟3、制備NaLaS₂紅外透明陶瓷：

將熱壓多晶粉體與質(zhì)量比為3～8wt％的固態(tài)NaBr置于研缽中，研磨混合后置于真空熱壓爐中，在真空度5～10Pa、壓力40.0MPa，以30℃/min升溫至1200～1350℃，保溫1.0～2.0小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，得到熱壓塊體NaLaS₂陶瓷，將其拋光后獲得在8～14μm長(zhǎng)波紅外波段透過(guò)率≥50％的NaLaS₂紅外透明陶瓷。

所述步驟1中將反應(yīng)釜中的反應(yīng)產(chǎn)物沉淀采用布氏漏斗過(guò)濾。

所述步驟1中過(guò)濾后的反應(yīng)釜中的反應(yīng)產(chǎn)物去離子水洗滌數(shù)次為兩次。

所述步驟2固態(tài)前驅(qū)體粉體在瑪瑙研缽中研磨成粉體為200～300目。

所述步驟3中的固態(tài)NaBr的粒度為200～300目。

有益效果

本發(fā)明提出的一種制備高透過(guò)率NaLaS₂紅外透明陶瓷的方法，在較低的制備溫度，不高的真空度、不高的壓力和較短的保溫時(shí)間條件下，可以獲得在室溫～1300℃溫度范圍下立方相且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的NaLaS₂紅外透明陶瓷，解決現(xiàn)有技術(shù)中難以產(chǎn)生液相，陶瓷微觀組織均勻性差和光學(xué)透過(guò)低的技術(shù)問(wèn)題，可以獲得在8～14μm的波段透過(guò)率≥50％的NaLaS₂紅外透明陶瓷。同時(shí)，工藝簡(jiǎn)單，成本低，適于大規(guī)模制備NaLaS₂透明陶瓷，具有廣闊的應(yīng)用前景。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

一種制備高透過(guò)率NaLaS₂紅外透明陶瓷的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1固態(tài)前驅(qū)體制備：

按照物質(zhì)的量之比NaCl：LaCl₃·6H₂O：檸檬酸鈉＝1.0：1.0：1.0分別稱取NaCl、LaCl₃·6H₂O和檸檬酸鈉(化學(xué)式Na₃C₆H₅O₇)；于25℃下，將NaCl制成飽和溶液；將稱量好的LaCl₃·6H₂O和檸檬酸鈉分別溶于相同體積的去離子水中，制得物質(zhì)的量濃度均為1.0mol·L^-1的溶液；再將所制LaCl₃·6H₂O溶液和檸檬酸鈉溶液混合后，用磁力攪拌器攪拌均勻，然后轉(zhuǎn)移至含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，填充度為90％，然后將高壓反應(yīng)釜封閉好后置于電爐中，以10℃/min的升溫速率升至120℃～150℃，保溫120min～240min，然后將爐子自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜后將其打開(kāi)，將反應(yīng)釜中的反應(yīng)產(chǎn)物沉淀用布氏漏斗過(guò)濾，并用去離子水洗滌兩次，獲得白色固體產(chǎn)物；將制備的白色固體產(chǎn)物在磁力攪拌下分散于已經(jīng)制備好的NaCl的飽和溶液中，然后將上述固液混合物放入真空干燥箱中，在60～80℃、真空度20Pa下，保持3小時(shí)，除去水分，得到無(wú)定形的檸檬酸鑭與NaCl的均勻混合的干燥的固態(tài)前驅(qū)體粉體。

步驟2制備熱壓多晶粉體：

將步驟1制備的干燥的固態(tài)前驅(qū)體粉體在瑪瑙研缽中研磨成200～300目的粉體，然后置于氣氛管式爐中，在流量為30ml/min的二硫化碳?xì)怏w保護(hù)下，以加熱速率30℃/min快速升溫至750～850℃，保溫1～2小時(shí)，保溫時(shí)間結(jié)束后，自然冷卻，待氣氛管式爐爐溫低于600℃時(shí)，撤去硫化氫氣體或二硫化碳?xì)怏w保護(hù)氣氛，改用流量為30ml/min的Ar氣氛保護(hù)，自然冷卻至室溫，從管式爐內(nèi)取出黃綠色粉體，即為制備出的熱壓多晶粉體。

步驟3制備NaLaS₂紅外透明陶瓷：

將制備的熱壓多晶粉體與質(zhì)量比為3～8wt％的、粒度為200～300目的固態(tài)NaBr置于研缽中，充分研磨混合后，將混合粉體置于真空熱壓爐中，在真空度5～10Pa、壓力40.0MPa，以30℃/min升溫至1200～1350℃，保溫1.0～2.0小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，得到熱壓塊體NaLaS₂陶瓷，將其拋光后獲得在8～14μm長(zhǎng)波紅外波段透過(guò)率≥50％的NaLaS₂紅外透明陶瓷。

實(shí)施例1:

步驟1，在25℃下，將35.3克分析純的LaCl₃·6H₂O溶于100ml去離子水中，制得濃度為1.0mol·L^-1氯化鑭的溶液；將25.8克分析純的檸檬酸鈉(化學(xué)式Na₃C₆H₅O₇)在溶于100ml去離子水中，制得濃度為1.0mol·L^-1的檸檬酸鈉溶液；將5.9克NaCl溶于15ml去離子水中，制成NaCl的飽和溶液。以上各溶液間溶質(zhì)的物質(zhì)的量比為L(zhǎng)aCl₃·6H₂O：檸檬酸鈉：NaCl＝1.0：1.0：1.0。將氯化鑭溶液和檸檬酸鈉溶液在25℃下混合，用磁力攪拌器攪拌下均勻，然后轉(zhuǎn)移至含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，填充度為90％，將高壓反應(yīng)釜封閉，然后將高壓反應(yīng)釜置于電爐中，以10℃/min的升溫速率升至120℃℃，保溫240min，然后將爐子自然冷卻至室溫，取出高壓反應(yīng)釜后將其打開(kāi)，將反應(yīng)釜中的反應(yīng)產(chǎn)物沉淀用布氏漏斗過(guò)濾，并用去離子水清洗2次，獲得白色固體產(chǎn)物；將制備的白色固體產(chǎn)物在磁力攪拌下分散于已經(jīng)制備好的NaCl的飽和溶液中，然后將固液混合物放入真空干燥箱中，在60℃、真空度20Pa下，保持3小時(shí)，除去水分，得到無(wú)定形檸檬酸鑭與NaCl的均勻混合的干燥的固態(tài)前驅(qū)體粉體，總質(zhì)量為36.4克。

步驟2，制備熱壓多晶粉體：

將步驟1制備的干燥的固態(tài)前驅(qū)體粉體在25℃下，于瑪瑙研缽中研磨成200～300目的粉體，然后置于氣氛管式爐中，在流量為30ml/min的二硫化碳?xì)怏w保護(hù)下，以加熱速率30℃/min快速升溫至850℃，保溫1小時(shí)，保溫時(shí)間結(jié)束后，自然冷卻，待氣氛管式爐爐溫低于600℃時(shí)，撤去二硫化碳?xì)怏w保護(hù)氣氛，改用流量為30ml/min的Ar氣氛保護(hù)，自然冷卻至室溫，從管式爐內(nèi)取出黃綠色粉體，即為制備出的熱壓多晶粉體，質(zhì)量為15.7克。

步驟3制備NaLaS₂紅外透明陶瓷：

將15.7克制備的熱壓多晶粉體與0.48克200目的NaBr混合，在瑪瑙研缽中研磨均勻，取混合物粉體8.0克冷壓成直徑Φ20mm的坯體，然后置于真空熱壓爐中，在真空度5Pa、壓力40.0MPa，以30℃/min升溫至1350℃，保溫1.0小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，將熱壓樣品取出后進(jìn)行打磨拋光至0.5mm厚，得到在8～14μm長(zhǎng)波紅外波段測(cè)得透過(guò)率為54.5％的NaLaS₂紅外透明陶瓷。

實(shí)施例2:

步驟1，在25℃下，將10.6克分析純的LaCl₃·6H₂O溶于30ml去離子水中，制得濃度為1.0mol·L^-1氯化鑭的溶液；將12.9克分析純的檸檬酸鈉(化學(xué)式Na₃C₆H₅O₇)在溶于50ml去離子水中，制得濃度為1.0mol·L^-1的檸檬酸鈉溶液；將3.0克NaCl溶于8.0ml去離子水中，制成NaCl的飽和溶液。以上各溶液間溶質(zhì)的物質(zhì)的量比為L(zhǎng)aCl₃·6H₂O：檸檬酸：NaI＝1.0：1.0：1.0。將氯化鑭溶液和檸檬酸鈉溶液在25℃下混合，用磁力攪拌器攪拌下均勻，然后轉(zhuǎn)移至含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，將高壓反應(yīng)釜封閉，填充度為90％，然后將高壓反應(yīng)釜置于電爐中，以10℃/min的升溫速率升至150℃℃，保溫120min，然后將爐子自然冷卻至室溫，取出高壓反應(yīng)釜后將其打開(kāi)，將反應(yīng)釜中的反應(yīng)產(chǎn)物沉淀用布氏漏斗過(guò)濾，并用去離子水清洗2次，獲得白色固體產(chǎn)物；將制備的白色固體產(chǎn)物在磁力攪拌下分散于已經(jīng)制備好的NaCl的飽和溶液中，然后將固液混合物放入真空干燥箱中，在80℃、真空度20Pa下，保持3小時(shí)，除去水分，得到無(wú)定形檸檬酸鑭與NaCl的均勻混合的干燥的固態(tài)前驅(qū)體粉體，總質(zhì)量為22.0克。

步驟2，制備熱壓多晶粉體：

將步驟1制備的干燥的固態(tài)前驅(qū)體粉體在25℃下，于瑪瑙研缽中研磨成300目的粉體，然后置于氣氛管式爐中，在流量為30ml/min的二硫化碳?xì)怏w保護(hù)下，以加熱速率30℃/min快速升溫至750℃，保溫2小時(shí)，保溫時(shí)間結(jié)束后，自然冷卻，待氣氛管式爐爐溫低于600℃時(shí)，撤去二硫化碳?xì)怏w保護(hù)氣氛，改用流量為30ml/min的Ar氣氛保護(hù)，自然冷卻至室溫，從管式爐內(nèi)取出黃綠色粉體，即為制備出的熱壓多晶粉體，質(zhì)量為7.5克。

步驟3制備NaLaS₂紅外透明陶瓷：

將7.5克制備的熱壓多晶粉體與0.6克300目的NaBr混合，在瑪瑙研缽中研磨均勻，將混合物粉體冷壓成直徑Φ20mm的坯體，然后置于真空熱壓爐中，在真空度5Pa、壓力40.0MPa，以30℃/min升溫至1200℃，保溫2.0小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，將熱壓樣品取出后進(jìn)行打磨拋光至0.65mm厚，得到在8～14μm長(zhǎng)波紅外波段測(cè)得透過(guò)率為52.5％的NaLaS₂紅外透明陶瓷。

實(shí)施例3:

步驟1，在25℃下，將17.7克分析純的LaCl₃·6H₂O溶于30ml去離子水中，制得濃度為1.0mol·L^-1氯化鑭的溶液；將7.8克分析純的檸檬酸鈉(化學(xué)式Na₃C₆H₅O₇)在溶于30ml去離子水中，制得濃度為1.0mol·L^-1的檸檬酸鈉溶液；將1.8克NaCl溶于5.0ml去離子水中，制成NaCl的飽和溶液。以上各溶液間溶質(zhì)的物質(zhì)的量比為L(zhǎng)aCl₃·6H₂O：檸檬酸：NaI＝1.0：1.0：1.0。將氯化鑭溶液和檸檬酸鈉溶液在25℃下混合，用磁力攪拌器攪拌下均勻，然后轉(zhuǎn)移至含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，將高壓反應(yīng)釜封閉，填充度為90％，然后將高壓反應(yīng)釜置于電爐中，以10℃/min的升溫速率升至130℃，保溫200min，然后將爐子自然冷卻至室溫，取出高壓反應(yīng)釜后將其打開(kāi)，將反應(yīng)釜中的反應(yīng)產(chǎn)物沉淀用布氏漏斗過(guò)濾，并用去離子水清洗2次，獲得白色固體產(chǎn)物；將制備的白色固體產(chǎn)物在磁力攪拌下分散于已經(jīng)制備好的NaCl的飽和溶液中，然后將固液混合物放入真空干燥箱中，在70℃、真空度20Pa下，保持3小時(shí)，除去水分，得到無(wú)定形檸檬酸鑭與NaCl的均勻混合的干燥的固態(tài)前驅(qū)體粉體，總質(zhì)量為10.8克。

步驟2，制備熱壓多晶粉體：

將步驟1制備的干燥的固態(tài)前驅(qū)體粉體在25℃下，于瑪瑙研缽中研磨成250目的粉體，然后置于氣氛管式爐中，在流量為30ml/min的硫化氫氣體氣體保護(hù)下，以加熱速率30℃/min快速升溫至800℃，保溫1.5小時(shí)，保溫時(shí)間結(jié)束后，自然冷卻，待氣氛管式爐爐溫低于600℃時(shí)，撤去硫化氫氣體，改用流量為30ml/min的Ar氣氛保護(hù)，自然冷卻至室溫，取出黃綠色粉體，即為制備的熱壓多晶粉體，質(zhì)量6.5克。

步驟3制備NaLaS₂紅外透明陶瓷：

將6.5克制備的熱壓多晶粉體與0.3克300目的NaBr混合，在瑪瑙研缽中研磨均勻，將混合物粉體冷壓成直徑Φ20mm的坯體，然后置于真空熱壓爐中，在真空度5Pa、壓力40.0MPa，以30℃/min升溫至1300℃，保溫2.0小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，將熱壓樣品取出后進(jìn)行打磨拋光至0.55mm厚，得到在8～14μm長(zhǎng)波紅外波段測(cè)得透過(guò)率為53.2％的NaLaS₂紅外透明陶瓷。

實(shí)施例4:

步驟1，在25℃下，將7.1克分析純的LaCl₃·6H₂O溶于20ml去離子水中，制得濃度為1.0mol·L^-1氯化鑭的溶液；將5.2克分析純的檸檬酸鈉(化學(xué)式Na₃C₆H₅O₇)在溶于20ml去離子水中，制得濃度為1.0mol·L^-1的檸檬酸鈉溶液；將1.2克NaCl溶于2.0ml去離子水中，制成NaCl的飽和溶液。以上各溶液間溶質(zhì)的物質(zhì)的量比為L(zhǎng)aCl₃·6H₂O：檸檬酸：NaI＝1.0：1.0：1.0。將氯化鑭溶液和檸檬酸鈉溶液在25℃下混合，用磁力攪拌器攪拌下均勻，然后轉(zhuǎn)移至含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，將高壓反應(yīng)釜封閉，填充度為90％，然后將高壓反應(yīng)釜置于電爐中，以10℃/min的升溫速率升至130℃，保溫200min，然后將爐子自然冷卻至室溫，取出高壓反應(yīng)釜后將其打開(kāi)，將反應(yīng)釜中的反應(yīng)產(chǎn)物沉淀用布氏漏斗過(guò)濾，并用去離子水清洗2次，獲得白色固體產(chǎn)物；將制備的白色固體產(chǎn)物在磁力攪拌下分散于已經(jīng)制備好的NaCl的飽和溶液中，然后將固液混合物放入真空干燥箱中，在70℃、真空度20Pa下，保持3小時(shí)，除去水分，得到無(wú)定形檸檬酸鑭與NaCl的均勻混合的干燥固態(tài)前驅(qū)體，總質(zhì)量為7.5克。

步驟2，制備熱壓多晶粉體：

將步驟1制備的干燥的固態(tài)前驅(qū)體粉體在25℃下，于瑪瑙研缽中研磨成250目的粉體，然后置于氣氛管式爐中，在流量為30ml/min的硫化氫氣體氣體保護(hù)下，以加熱速率30℃/min快速升溫至830℃，保溫1.0小時(shí)，保溫時(shí)間結(jié)束后，自然冷卻，待氣氛管式爐爐溫低于600℃時(shí)，撤去硫化氫氣體保護(hù)氣氛，改用流量為30ml/min的Ar氣氛保護(hù)，自然冷卻至室溫，從管式爐內(nèi)取出黃綠色粉體，即為制備出的熱壓多晶粉體，質(zhì)量為4.5克。

步驟3制備NaLaS₂紅外透明陶瓷：

將4.5克制備的熱壓多晶粉體與0.13克300目的NaBr混合，在瑪瑙研缽中研磨均勻，將混合物粉體冷壓成直徑Φ20mm的坯體，然后置于真空熱壓爐中，在真空度5Pa、壓力40.0MPa，以30℃/min升溫至1280℃，保溫1.5小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，將熱壓樣品取出后進(jìn)行打磨拋光至0.52mm厚，得到在8～14μm長(zhǎng)波紅外波段測(cè)得透過(guò)率為55.5％的NaLaS₂紅外透明陶瓷。