一種多波段激光防護(hù)透明陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多波段激光防護(hù)透明陶瓷材料及其制備方法，可吸收處于紫外、可見(jiàn)光和近紅外區(qū)不同波長(zhǎng)的激光，主要用于激光防護(hù)領(lǐng)域，尤其適用于高能致盲激光的防護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星、航天器、空間站等經(jīng)常成為無(wú)硝煙的現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)模式下的攻擊對(duì)象。當(dāng)其受到激光武器的攻擊時(shí)，若未得到有效的防護(hù)，則會(huì)導(dǎo)致工作性能的不穩(wěn)定，甚至造成設(shè)備的損壞?，F(xiàn)有激光防護(hù)技術(shù)中，大多采用包括玻璃、相變薄膜和有機(jī)染料類型的防護(hù)材料。雖然這些材料對(duì)激光能夠形成較好的吸收，但是這些防護(hù)材料多針對(duì)某一種特定波長(zhǎng)的激光的防護(hù)，限制了其使用范圍；同時(shí)，這些材料高溫物理、化學(xué)穩(wěn)定性差、易老化，且在高能激光輻照下易造成結(jié)構(gòu)損壞和永久失效。此外，有機(jī)染料、半導(dǎo)體粉體等在塑料中分散性難以控制，玻璃材料在制備過(guò)程中易造成成分偏析，并且難以構(gòu)造復(fù)合構(gòu)型的防護(hù)材料。
[0003]石榴石基透明陶瓷具有高光學(xué)透過(guò)率，高光學(xué)均勻性、耐高溫、高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率等特點(diǎn)，具有優(yōu)異的抗激光損傷性能，在固態(tài)激光器等領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛。其稀土離子摻雜量高，不易偏析，通過(guò)固溶的方式，可制備出可吸收不同波段激光的透明陶瓷材料。此外，通過(guò)簡(jiǎn)單疊壓的工藝，可制備出多層、多功能復(fù)合結(jié)構(gòu)的材料。在制備技術(shù)上，透明陶瓷具有可大尺寸制備、制備周期短的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可設(shè)計(jì)成復(fù)雜構(gòu)型的陶瓷器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種多波段激光防護(hù)透明陶瓷材料，本發(fā)明的另一目的是提供上述多波段激光防護(hù)透明陶瓷材料的制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種多波段激光防護(hù)透明陶瓷材料，其特征在于:透明陶瓷材料組成表達(dá)式為(EivxDyx)3Al5O12，其中0.005彡x彡I。
[0006]本發(fā)明還提供了上述多波段激光防護(hù)透明陶瓷材料的制備方法，采用真空固相燒結(jié)法制備而成，其具體步驟如下:
[0007](I)按照化學(xué)通式(EivxDyx)3A15012，準(zhǔn)確稱取所需的a -Al203、Er203、Dy203粉體；同時(shí)向原料粉體中添加燒結(jié)助劑，燒結(jié)助劑由正硅酸乙酯(TEOS)和氧化鎂(MgO)共同組成；將上述原料粉體和燒結(jié)助劑共混，進(jìn)行球磨混勻，然后干燥并過(guò)篩，獲得所需的陶瓷粉體混合料；
[0008](2)陶瓷粉體先采用軸向單向加壓方式進(jìn)行預(yù)壓成型，而后經(jīng)冷等靜壓成型，形成素坯；
[0009](3)成型的素坯經(jīng)1720?1850°C真空燒結(jié)而成，保溫時(shí)間為6?12h ;
[0010](4)對(duì)真空燒結(jié)的陶瓷在空氣氣氛下進(jìn)行退火處理小時(shí)；退火后的樣品雙面拋光，制得高光學(xué)質(zhì)量的防激光透明陶瓷。
[0011]優(yōu)選正硅酸乙酯的加入量占原料粉體質(zhì)量的0.5?0.8%，氧化鎂的加入量占原料粉體質(zhì)量的0.03?0.1%。
[0012]優(yōu)選步驟⑴中的干燥溫度為60?80°C，干燥時(shí)間為12?24h。優(yōu)選步驟(I)中所述的過(guò)篩為過(guò)200目篩。
[0013]優(yōu)選步驟(2)中冷等靜壓成型的壓力為150?300MPa。優(yōu)選步驟(3)中真空燒結(jié)的真空度為10_4?10 _3Pa。
[0014]優(yōu)選步驟(4)中退火處理的溫度為1400?1550°C，退火處理的時(shí)間為4?10小時(shí)。
[0015]通過(guò)控制化學(xué)通式(EivxDyx)3Al5O1^ x值的大小，可以改變透明陶瓷中Dy和Er的相對(duì)比例，使透明陶瓷在525?540nm、808nm、880?920nm、970nm和1064nm等不同激光波長(zhǎng)處獲得相應(yīng)的激光吸收功能。
[0016]有益效果:
[0017]本發(fā)明采用真空固相燒結(jié)的工藝制備出具有的透明陶瓷，其對(duì)525?540nm、808nm、880?920nm、970nm和1064nm激光具有強(qiáng)吸收特性。透明陶瓷作為基質(zhì)，制備出的材料具有高光學(xué)質(zhì)量，厚度為5_的塊體陶瓷在可見(jiàn)光波段處透過(guò)率高于55% ;同時(shí)克服了玻璃等材料制備過(guò)程中易發(fā)生的成分偏析難題，制備得到的材料均一性好。此外，透明陶瓷的制備工藝簡(jiǎn)單，易制備具有復(fù)雜構(gòu)型的防激光透明陶瓷材料；在透明陶瓷基質(zhì)中，Dy與Er可無(wú)限固溶，從而通過(guò)簡(jiǎn)單控制Dy的固溶量，即可調(diào)節(jié)材料對(duì)1064nm、808nm、880?920nm和530nm、970nm激光的吸收率，其在衛(wèi)星窗口、航天器、空間站、防護(hù)目鏡等特殊領(lǐng)域的高能激光防護(hù)方面，具有重要作用。
【附圖說(shuō)明】
:
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施案例I所提供的厚度為5mm的Dy3Al5O12透明陶瓷的透過(guò)率曲線；
[0019]圖2是本發(fā)明實(shí)施案例2所提供的Imm厚的(Era5Dya5)3Al5O12單相復(fù)合透明陶瓷的透過(guò)率曲線；
[0020]圖3是本發(fā)明實(shí)施案例3所提供的厚度為Imm的(Era5Dya5)3Al5O12透明陶瓷的透過(guò)率曲線。
【具體實(shí)施方式】
:
[0021 ] 下面結(jié)合具體實(shí)例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]實(shí)施例1
[0023]本發(fā)明所述的一種防激光材料，按照Dy3Al5O1^化學(xué)通式，準(zhǔn)確稱量α -Α120312.2352g，Dy20326.8560g，并添加 MgO 粉體 0.0390g 和高純 TEOS 試劑 0.1955g 作為復(fù)合燒結(jié)助劑，采用行星磨進(jìn)行充分混合。球磨后的漿料在60°C的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)后，研磨并過(guò)200目篩。稱取研磨后的陶瓷粉體7.5g，經(jīng)預(yù)壓成型后進(jìn)行冷等靜壓處理，壓力為300MPa，獲得致密的素坯。素坯采用真空反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)，加熱至1840°C，保溫10小時(shí)，真空度為10_3Pa。隨爐冷卻后在1540°C退火爐中退火處理10h。經(jīng)雙面拋光后，獲得高質(zhì)量透明陶瓷。該透明陶瓷對(duì)1064nm、808nm、880?920nm、355nm、200?275nm波段的光具有99.5%以上的吸收，特別地，在1064nm、808nm處，吸收率高達(dá)99.99%。同時(shí)在可見(jiàn)光波段具有較高的光學(xué)透過(guò)率。5mm厚的Dy3Al5O12透明陶瓷的透過(guò)率曲線如圖1所示。
[0024]實(shí)施例2
[0025]本發(fā)明所述的一種雙波段激光防護(hù)透明陶瓷材料，按照(Era5Dya5)3Al5O12的化學(xué)通式，準(zhǔn)確稱量 α -Α12033.5686g、Dy2033.9165g、Er2034.0165g，并添加 0.0035g MgO 粉體和0.0920g高純TEOS試劑作為復(fù)合燒結(jié)助劑，共混后采用行星磨進(jìn)行充分混合。球磨后的漿料在60°C的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)后，研磨并過(guò)200目篩。稱取研磨后的陶瓷粉體2g，經(jīng)預(yù)壓成型后進(jìn)行冷等靜壓處理，壓力為150MPa，獲得致密的素坯。素坯采用真空反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)，加熱至1780°C，保溫6小時(shí)，真空度為10_4Pa。隨爐冷卻后在1450°C退火爐中退火處理4小時(shí)。經(jīng)雙面拋光后，獲得高質(zhì)量透明陶瓷。該透明陶瓷對(duì)524nm、650nm、1064nm、970nm、808nm、880?920nm、355nm、200?275nm波段的光具有強(qiáng)吸收，同時(shí)在部分可見(jiàn)光波段具有較高的光學(xué)透過(guò)率。Imm厚的(Era5Dya5)3Al5O12透明陶瓷的透過(guò)率曲線如圖2所不O
[0026]實(shí)施例3
[0027]本發(fā)明所述的一種雙波段激光防護(hù)透明陶瓷材料，按照(Era 995Dyatltl5) 3A15012的化學(xué)通式，準(zhǔn)確稱量 a -Al2O31.1960g、Er20322.8364g、Dy2O30.1119g，并添加 0.0165g MgO 粉體和0.1988g高純TEOS試劑作為復(fù)合燒結(jié)助劑，共混后采用行星磨進(jìn)行充分混合。球磨后的漿料在60°C的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)后，研磨并過(guò)200目篩。稱取研磨后的陶瓷粉體4g，經(jīng)預(yù)壓成型后進(jìn)行冷等靜壓處理，壓力為200MPa，獲得致密的素坯。素坯采用真空反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)，加熱至1720°C，保溫12小時(shí)，真空度為10_4Pa。隨爐冷卻后在1400°C退火爐中退火處理5小時(shí)。經(jīng)雙面拋光后，獲得高質(zhì)量透明陶瓷。該透明陶瓷對(duì)524nm、530nm、650nm、970nm波段的光具有強(qiáng)吸收，同時(shí)在部分可見(jiàn)光波段具有較高的光學(xué)透過(guò)率。Imm厚的(Era 995Dyatltl5)3Al5O12透明陶瓷的透過(guò)率曲線如圖3所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多波段激光防護(hù)透明陶瓷材料，其特征在于:透明陶瓷材料組成表達(dá)式為(EivxDyx)3Al5O12，其中 0.005 < x < I。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的多波段激光防護(hù)透明陶瓷材料的方法，其具體步驟如下: (1)按照化學(xué)通式(EivxDyx)3Al5O12，準(zhǔn)確稱取所需的a-Al2O3^ Er2O3, Dy2O3粉體；同時(shí)向原料粉體中添加燒結(jié)助劑，燒結(jié)助劑由正硅酸乙酯和氧化鎂共同組成；將上述原料粉體和燒結(jié)助劑共混，進(jìn)行球磨混勻，然后干燥并過(guò)篩，獲得所需的陶瓷粉體混合料； (2)陶瓷粉體先采用軸向單向加壓方式進(jìn)行預(yù)壓成型，而后經(jīng)冷等靜壓成型，形成素坯； (3)成型的素坯經(jīng)1720?1850°C真空燒結(jié)而成，保溫時(shí)間為6?12h; (4)對(duì)真空燒結(jié)的陶瓷在空氣氣氛下進(jìn)行退火處理小時(shí)；退火后的樣品雙面拋光，制得高光學(xué)質(zhì)量的防激光透明陶瓷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于正硅酸乙酯的加入量占原料粉體質(zhì)量的0.5?0.8%，氧化鎂的加入量占原料粉體質(zhì)量的0.03?0.1%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(I)中的干燥溫度為60?80°C，干燥時(shí)間為12?24ho
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(I)中所述的過(guò)篩為過(guò)200目篩。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(2)中冷等靜壓成型的壓力為150?300MPao
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(3)中真空燒結(jié)的真空度為10_4?KT3Pa0
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(4)中退火處理的溫度為1400?1550°C，退火處理的時(shí)間為4?10小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多波段激光防護(hù)透明陶瓷材料及其制備方法，透明陶瓷材料組成表達(dá)式為(Er1-xDyx)3Al5O12，其中0.005≤x≤1；防激光透明陶瓷通過(guò)真空固相燒結(jié)而成。通過(guò)調(diào)整透明陶瓷組成(Er1-xDyx)3Al5O12中x值的大小，可以使透明陶瓷在525～540nm、808nm、880～920nm、970nm和1064nm等多種激光波段處獲得特定的吸收能力，進(jìn)而滿足人員、裝備對(duì)激光防護(hù)波長(zhǎng)的不同需求。
【IPC分類】C04B35-44, C04B35-50, C04B35-622
【公開(kāi)號(hào)】CN104829220
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510161523
【發(fā)明人】陸春華, 胡松, 倪亞茹, 許仲梓, 周國(guó)紅, 王士維
【申請(qǐng)人】南京工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年4月7日