介绍钇铝石榴石用于固体激光系统的生产，用于电子器件的涂层，以及阴极射线管，最近它被认为是一种适用于高温结构应用的材料[1,2]。这些应用与它的光学性能、高温下的化学稳定性、良好的耐腐蚀性和机械性能密切相关[2-4]。第一种合成YAG相的方法是传统的粉体[3]的方法，但这一方法的问题是需要较高的温度和较长的煅烧时间才能形成YAG相。这导致晶粒长大，因此降低了最终产品的力学性能。为此，开发了一系列湿法[4-9]，目的是降低该化合物的形成温度和杂质。 Liu et al.[4]合成了YAG相，起始原料为三乙醇胺、硝酸、硝酸钇和铝。通过热处理，他们产生了一种前驱体，随后在不同的温度下煅烧，并观察了YAG相和YAlO的形成3.(YAP)在850°C。的亚稳YAlO3.相在950°C后消失。Lu et al.[5]等人从与Liu et al.相同的盐中开始获得YAG，除了他们以球团的形式加入纯铝，并用硝酸代替柠檬酸。的前驱体为溶胶，在900℃煅烧得到YAG相，中间相不存在。汉[6]通过溶解Y粉合成YAG2O3.在氧化铝溶胶中，结晶路线为亚稳六方相YAlO3.，当粉末在950℃以上煅烧时完全消失。在尿素[7]沉淀法中也观察到中间相的存在，而其他相如Y4艾尔2O9(山药),Y2O3.和Y2O2所以4被观察到。前驱柠檬酸[8]的方法大大降低了结晶温度，直到700°C，但它需要长时间的热处理。而均相沉淀法[9]在850°C下获得了纯YAG相，但需要在1400°C下煅烧才能实现完全的结晶。 这项工作报告了使用改进的柠檬酸前驱体路线，以获得完全纯的YAG相，没有观察到中间相，减少了热处理和铣削阶段相对于柠檬酸前驱体路线。 实验本工作中使用的起始材料是乙亚博网站下载二醇(纯度为99.9%，j.t. Baker，美国phillips)，一水合柠檬酸(纯度为99.9%，J. T. Baker)，一水合氮化铝(99.9%，J. T. Baker)，六水合氮化钇(99.9%，Aldrich Chem。Com。，Milwaukee USA), and deionized water. 首先将氮化铝和氮化钇按化学计量量分别溶解在去离子水中并混合，得到钇/铝摩尔比为3:5的最终溶液。然后将之前溶解在去离子水中的柠檬酸和乙二醇加入溶液中。将得到的溶液搅拌15分钟，以确保各组分的均匀混合。该溶液被送至喷雾干燥机，溶剂被粉碎成小滴，并在几秒钟内蒸发，形成均匀的湿粉末。最后，将前驱体粉末在不同温度下进行煅烧。通过x射线衍射(XRD: SIEMENS D5000衍射仪)、同步热分析(TA Instruments SDT Q600)和热调节分析(THETA Instruments thermomodilatometer)对YAG相变的热行为进行跟踪分析。用扫描电子显微镜(SEM: JEOL JSM 6400)观察其形貌。实验路径如图1所示。
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图1．实验路线示意图。 |
结果和讨论同时热分析结果如图2所示。图2(a)对应的是热重曲线e由于系统中水分和氮化物的流失，p斜率在100到600°C之间。随后的行为表明权重没有变化。DTA曲线(图2(b))表明，结晶发生在<900°C，没有重量变化，但只有原子重排形成特征晶体结构。在1000°C时，观察到材料的显著重量损失(~6%)，这可能是由于初始加入柠檬酸并在此温度下氧化后残留碳的缘故。图2(b)显示了DTA曲线及其导数。在100℃左右，观察到一个小的吸热峰，对应于水和乙二醇的去除;在350-600°C范围内，导数曲线的微小变化表明硝酸盐的去除。在800℃时，在YAG相结晶的导数曲线上可以看到一个主要的放热峰，并通过XRD分析得到了证实。最后，在1025-1075°C范围内，由于残碳的氧化，出现了两个放热峰。
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图2。同时热分析:(a)热重曲线(TGA)和(b)差热分析曲线(DTA)。 |
图3为加工粉末的热容分析曲线。在这个图可以观察到,在25 - 780°C的范围相关的样本进行收缩接近的组件由于有机化合物的损失和825°C左右开始扩张,因为原子re-arrangement达到平衡位置掺钕钇铝石榴石晶体结构的阶段。通过导数曲线，根据热分析和XRD，确定了最大峰对应于最大的相变速率(图4)。由以上可知，结晶发生在该温度下。在850℃以上，由于晶粒长大和烧结，样品发生收缩。
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图3。Thermodilatometric分析曲线。 |
图4分别显示了750、800、825、850、900和1200°C下煅烧粉末的x射线衍射图。750℃和800℃时的XRD谱图显示为非晶态相，而较高温度时的XRD谱图显示为立方YAG单晶相，没有中间相，其中反射最强的是出现在2℃左右的平面(420)θ33度角。随着温度的升高，YAG的反射强度增加，峰展宽减小，表明材料的结晶度。
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图4。样品在不同温度下煅烧1小时的XRD谱图，a) 750℃，b) 800℃，c) 825℃，d) 850℃，e) 900℃和f) 1200℃。 |
XRD分析表明掺钕钇铝石榴石的直接结晶阶段900°C以下没有中间阶段的外观如YAP(钇铝钙钛矿),据报道,发生通过使用其他方法(2、4、6、7),和这一阶段需要的消失的温度高达1200 - 1300°C。这与在825°C观察到的热分析是一致的。 图5为900°C煅烧样品的SEM图像。可以观察到，粉末由小于2微米的球形颗粒团块组成;yabo214这种形态在所有样品中都能观察到，并且是由喷雾干燥处理的粉末的独特之处。
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图5。粉末在900ºC下煅烧1小时的SEM图像。 |
与其他方法相比，该方法具有获得单个YAG相的优点。铝、钇离子分布增强和有效扩散距离缩短是YAG形成过程中最重要的参数。由于盐和有机化合物在喷雾干燥后由于固定阳离子的活性基团而保持高度分散，因此在原子水平上达到这种分布是可能的。当有机化合物被消除后，扩散距离和离子分布仍然保持高[8]。所有这些因素都有助于降低YAG相的形成温度，使其低于其他工作[4，7，9)。 结论与其他方法相比，喷雾干燥缩短了处理时间(约16小时)，并保持了组分的高度混合，此外，它还具有重要的节能作用。 粉末由小于2微米的球形颗粒凝聚而成，从而产生具有良好流动性的材料。亚博网站下载 热分析结果表明，该方法合成的YAG相的形成温度低至825°C。热分析结果也证实了该方法获得的高度均匀化和较短的扩散距离。 确认作者感谢Ing。F. Solorio和夫人V. Luque协助进行SEM和XRD分析。 参考文献1.D. R. Messier和George E. Gazza，《MgAl的合成》2O4和Y3.艾尔5O12《水合硝酸盐混合物的热分解》，陶瓷通报，51，9(1972) 692-694, 697。 2.J. G. Li, T. Ikegami, J. H. Lee, T. Mori，“低温制备无添加剂透明钇铝石榴石(YAG)陶瓷”，J. Am。陶瓷。Soc。83，4(2000) 961 - 963。 3.Viechniki D。和“Nd:Y的固态形成。3.艾尔5O12(Nd: YAG)”,阿米尔。陶瓷。公牛。58，8(1979) 790 - 791。 4.刘勇，高连，“用三乙醇胺低温合成纳米钇铝石榴石粉体”，硅酸盐学报。陶瓷。Soc。86，10(2003) 1651 - 1653。 5.吕青，董伟，王慧，王旭东，“小说”金属-无机前驱体合成钇铝石榴石的方法[j]。陶瓷。Soc。85，2(2002) 490 - 492。 6.韩克仁，“氧化钇粉体在氧化铝溶胶中溶解制备钇铝石榴石的一种简便方法”，硅酸盐学报。陶瓷。Soc。82，6(1999) 1598 - 1600。 7.“用尿素法合成钇铝石榴石前驱体的沉淀法和焙烧法”，中华人民大学学报(自然科学版)。陶瓷。Soc。82，8(1999) 1977 - 1984。 8.陈志强，“用柠檬酸盐前驱体合成钇铝石榴石”，硅酸盐学报。陶瓷。Soc。83，5(2000) 1276 - 1278。 9.韩永强，“用沉淀法合成钇铝石榴石前驱体粉体”，《中国化学工程》，第5期。陶瓷。Soc。14(1994) 123 - 130。 详细联系方式 |