透明陶瓷的製造方法

2023-12-03 10:30:06

專利名稱：透明陶瓷的製造方法
技術領域：
本發明涉及透明陶瓷，特別涉及透明陶瓷,例如但非限於透明釔鋁石榴石(「YAG」) 的製造。
背景技術：
透明陶瓷作為光學材料可用於例如固態雷射的主晶體，透明裝甲，以及IR窗和穹 頂。釔鋁石榴石(YAG)由於其高熱導率,強晶體場,和寬光譜範圍的光透射性,是這些用途 的優異材料。現有技術製造透明YAG的方法通常使用例如千壓法和流鑄法工藝。這些方法中， 首先將氧化釔和氧化鋁粉末在碾磨中與有機液體，例如乙醇合併，以製造漿料。備選地，可 以用YAG粉末代替氧化釔和氧化鋁粉末。漿料中可以包含添加劑,例如摻雜劑,燒結助劑, 分散劑,表面活性劑,粘合劑和/或壓縮助劑。對於流鑄法,碾磨漿料使固體和有機物密切 混合。對於千壓法，則將漿料千燥，壓碎，過篩以及單軸和/或等靜壓。熱處理組分以去除 有機物，形成生預製件。然後燒結或者熱壓生預製件。這些現有技術的方法已用於生產高透明度YAG材料。然而這些方法有各種缺點， 例如不能生產可形成薄透明板的材料片。這些方法也難以通過燒結的透明組分形成摻雜劑 梯度組成。因此需要有一種避免現有技術缺點的方法，用於製造透明陶瓷，如透明YAG。本發明的方法通常要求帶式澆鑄一種或者多種陶瓷化合物，例如但不限於，一種 或多種氧化釔，氧化鋁，氧化銦，氧化鉈,氧化鈧，氧化鑥，氧化鈰，鎂鋁尖晶石，YAG,氧化鋯， 矽鋁氧化-氮化物及其混合物,優選氧化釔和氧化鋁的混合物。然後在真空，空氣,氧氣,氫氣或者惰性氣體,例如但不限於,氦(He),氖(Ne),氬 (Ar)，氪(Kr)，氙(Xe)，氡(Rn)及其混合物中燒結得到的帶狀鑄件，以形成燒結的透明產 品。該燒結產品可以通過熱等靜壓進一步壓實，使產品接近於理論密度。在此應用時，術語 「接近於理論密度」理解為平均99. 999%或以上理論密度。該帶狀鑄件還可以在真空,空氣， 氧氣，氫氣或者惰性氣體中經過熱等靜壓，以形成透明產品。在第一個方面，本發明提供一種由帶式澆鑄陶瓷漿料生產的帶製造透明陶瓷的方 法，所述透明陶瓷例如但不限於，透明氧化物,如氧化釔，氧化鈧,氧化鑥，氧化鈰，氧化銦， 氧化鉈,鎂鋁尖晶石，YAG及其混合物。所述帶可以燒結形成薄的透明陶瓷，例如但不限於片狀和板狀YAG。備選地,該帶可以經過熱等靜壓(HIPed)形成透明陶瓷產品,例如但不限 於透明YAG。在第二方面，本發明提供一種組合的片段化帶，以及由這些片段化帶形成產品的 製造方法。用於帶式澆鑄形成透明產品的漿料的製備可以通過添加乾燥氧化物粉末至一種 或多種分散劑和--種或多種溶劑，以及任選的添加劑至碾磨裝置而形成混合物。所述透明 產品例如但不限於透明陶瓷，所述透明陶瓷例如但不限於YAG，所述添加劑例如但不限於一 種或多種摻雜劑和一種或多種燒結助劑，所述碾磨裝置例如但不限於球磨容器。可用的幹 氧化物粉末包含但不限於通過在空氣中，約100°C下去除吸附水分的氧化物粉末。然後碾磨 混合物以形成第一漿料。添加--種或多種增塑劑和一種或多種粘合劑至第一漿料,進一步 碾磨以形成碾磨漿料。其中使用摻雜劑，該摻雜劑可以在形成第一漿料的碾磨步驟之前添 加至混合物。備選地，摻雜劑可以在其進一步碾磨形成碾磨漿料以前添加至第一漿料。勻 化劑可以任選地添加至碾磨漿料，所述勻化劑例如但不限於酮,所述酮例如但不限於甲基 乙基酮，甲基異丁基酮,二異丁基酮,聚醚醚酮,環己酮，丙酮(acetone),丙酮(propanone) 或者其混合物。攪拌碾磨漿料以去除夾帶的空氣，及蒸發溶劑，以形成具有所需粘度的去空氣漿 料,粘度通常為約50釐泊至約5，000釐泊，優選約100釐泊至約1000釐泊，更優選約100 釐泊至約400釐泊。用刮片將該去空氣漿料澆注在移動的載體上，以形成鑄件帶。該刮片的缺口與載體速度可以變化，以實現所需的鑄件帶厚度。該刮片缺口可以 在約0. 2mm至約0. 5mm之間變化,優選約0. 25mm至約0. 4mm,更優選約0. 3mm至約0. 35mm。 該載體的速度可以在約20cm/分鐘至約50cm/分鐘之間變化,優選約30cm/分鐘至約40cm/ 分鐘,更優選約35cm/分鐘至約40cm/分鐘。然後乾燥該鑄件帶以形成幹帶,其被切割為 所需結構的塊。通常所述帶被千燥至溶劑含量小於基於該千帶重量的約0.25wt. %至約 5wt. %，優選約 0. 25wt. % 至約 3wt. %,更優選約 0. 25wt. % 至約 Iwt. % 若干數量的塊,通常為約2至約200塊,優選約10至約1.00塊，更優選約30至約 60塊可以堆積形成組件。這些數字依賴於幹帶厚度以及所需部分厚度有較大變化。當需要 形成具有沿產品厚度的摻雜劑梯度的透明產品時，這些用於形成組件的塊可以包含不同量 的摻雜劑。在粘合系統的壓力下層壓該組件,例如但不限於在玻璃轉變溫度之上單軸和/或 等靜壓，以生產預製件,然後加熱預製件以燒去有機物，形成生預製件。在例如但不限於空 氣，超壓氧氣，真空，氫氣，氮氣，或者例如但不限於氦(He)，氖(Ne)，氬(Ar)，氪(Kr)，氙 (Xe)，氡(Rn)的惰性氣體及其混合物的氛圍中燒制生預製件以形成燒結的透明陶瓷產品， 所述陶瓷產品的孔隙率小於約.1%,優選小於約0. 01%至小於約0. 05%,更優選小於約 0. 001%至小於約0. 0015%。該燒結陶瓷可以進--步壓實,例如通過熱等靜壓壓實。當生產例如但不限於透明YAG的YAG產品時，該透明YAG產品通常具有約等於YAG 單晶的光學透明度，例如在全光譜範圍，優選在約300納米至約1700納米光譜範圍。當生產 透明YAG產品時，產品可以是非摻雜YAG和摻雜YAG,例如但不限於稀土摻雜劑摻雜的YAG, 所述稀土摻雜劑例如但不限於 Ce, Dy, Er, Eu, Gd, Ho, La, Lu, Nd, Pm, Pr, Sm, Tb, Tm, Yb 及其 混合物，該YAG產品中的稀土摻雜劑濃度可以是均勻的或者根據沿該產品任何維度所需梯 度而變化
當生產例如但不限於透明YAG的YAG產品時,其可以通過添加乾燥氧化釔粉末和 千燥氧化鋁粉末製備形成混合物，例如但不限於，添加烘千氧化釔粉末和烘千氧化鋁粉末 至分散劑和一種或多種溶劑，以及任選的添加劑的混合物。所述任選的添加劑例如但不限 於摻雜劑和燒結助劑。可用的粉末包含但不限於在空氣中，約100°c下去除吸附水分製備 的粉末。然後通過球磨碾磨混合物,形成第一漿料。然後可以添加一種或多種粘合劑至第 一漿料，進一步碾磨，形成碾磨漿料。可以使用摻雜劑，包含但是不局限於稀土摻雜劑，例如 但不限於 La3+, Ce3+, Pr3', Nd3+, Pm3+, Sm3+，Eu3+, Gd3', Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm3+，Yb3+，Lu3+ 及其 混合物。可以在用於形成第一漿料的碾磨步驟之前添加一種或多種摻雜劑至該混合物。備 選地,可以在進一步碾磨形成碾磨漿料以前添加一種或多種摻雜劑至第一漿料。可以任選 地添加一種或多種勻化劑至碾磨漿料，例如但不限於丙酮(acetone)，丙酮(propanone)， 其他的酮如環己酮及其混合物。攪拌碾磨漿料以去除夾帶的空氣,蒸發過量溶劑，使去空氣 漿料達到所需粘度。該去空氣漿料的粘度可以在約50釐泊至約5000釐泊之間變化,優選 100釐泊至約1000釐泊，更優選約100釐泊至約400釐泊。當生產透明YAG時，用刮片將去空氣漿料澆注在移動的載體....匕以形成鑄件帶。 該刮片的缺口可以在約0. 2mm至約0. 5匪之間變化，優選約0. 25mm至約0. 4mm，更優選約 0. 3ram至約0. 35mm。該載體的速度可以變化，以實現所需的鑄件帶厚度。該載體速度可以 在約20cm/分鐘至約50cm/分鐘之間變化，優選約30cm/分鐘至約40cm/分鐘，更優選約 35cm/分鐘至約39cm/分鐘。當生產透明YAG時，鑄件帶被乾燥並切割為若干所需結構的塊。若干數量的塊，通 常為約2塊至約200塊,優選約1.0塊至約100塊,更優選約30塊至約60塊堆積形成組件。當需要形成沿燒結YAG產品厚度的摻雜劑梯度時,可以用具有不同量摻雜劑的不 同的塊形成組件。該組件在壓力F進行層壓，例如但不限於，使用粘合系統在玻璃轉變溫度 之上的溫度單軸和/或等靜壓，得到預製件。然後在空氣中以o. rc/分鐘至約2°c/分鐘， 優選約o. rc /分鐘至約rc /分鐘，更優選約o. rc /分鐘至約o. 4°c /分鐘，且任選地在 190°C,275°C,375°C和500°C中的一個或多個溫度各自保持約15至約240分鐘來加熱預製 件，以燒去有機物，形成生預製件。然後以約2。C /分鐘至約40。C /分鐘，優選約5°C /分鐘 至約20°C /分鐘，更優選約5°C /分鐘至約10°C /分鐘的恆定速率加熱生預製件至燒結溫 度約1600°C至約190°C,優選約1800°C至約1900°C,更優選約1800°C至約185(rc，在該燒 結溫度的保持時間為約15分鐘至約48小時，優選約30分鐘至約20小時，更優選約4小時 至約8小時。備選地，生預製件可以約2°C /分鐘至約40°C /分鐘，優選約5°C /分鐘至約 20°C /分鐘，更優選約5°C /分鐘至約10°C /分鐘的可變化速率加熱至燒結溫度約1600°C 至約i.9(xrc,優選約i8(rc至約i_9(xrc,更優選約isocrc至約i85(rc，在該燒結溫度保持 時間為約15分鐘至約48小時,優選約30分鐘至約20小時。另外,在燒結期間可以在一種 或多種中等溫度F保持約30分鐘至約8小時，優選約1小時至約8小時，更優選約2小時 至約4小時，所述中等溫度為約1200°C至約1700°C,優選約1200°C至約1500°C，更優選約 1300°C 至約 1.400 °C。在燒結期間可以使用的氛圍包含但不限於,例如空氣，過壓氧氣,真空,氫氣,氮 氣，或者例如但不限於任一種氦(He)，氖(Ne)，氬(Ar)，氪(Kr)，氙(Xe)，氡(Rn)及其混合 物的惰性氣體氛圍，或者其混合物，以生產燒結的透明陶瓷產品，例如但不限於燒結的透明YAG,其通常具有小於約0. 1 %的孔隙率,優選小於約0.01%,更優選小於0. 001 %。在燒結完成的基礎上，可在恆定的約2。C /分鐘至約40°C /分鐘，優選約10°C /分 鍾至約40°C /分鐘，更優選約20°C /分鐘至約40°C /分鐘的冷卻速率下冷卻至室溫。還可 以在約2°c /分鐘至約40°c /分鐘，優選約io°c /分鐘至約40°c /分鐘,更優選約2(rc / 分鐘至約40°c /分鐘的可變化的冷卻速率下進行冷卻。該燒結YAG可以進一步壓實,例如 在大約1500°C至約1900°C，優選約1600°C至約1900°C，更優選約1675°C至約1750°C，約 25MPa至約400MPa，優選約50MPa至約400MPa，更優選約200MPa至約400熱等靜壓約30分 鍾至約12小時,優選約1小時至約8小時，更優選約2小時至約8小時。在一個方面,製造透明釔鋁石榴石需要形成Y203, A1203,燒結助劑,分散劑和有機 溶劑的混合物，碾磨該混合物以形成第一漿料，將第一漿料與有機粘合劑和增塑劑混合以 形成處理漿料，碾磨該處理漿料以形成碾磨漿料，帶式鐃鑄該碾磨漿料以形成鑄件帶，乾燥 該鑄件帶以形成乾燥帶,堆積部分乾燥帶以形成組件,壓縮該組件以形成預製件,加熱該預 製件以形成生預製件，燒結該生預製件以形成透明釔鋁石榴石。在另一個方面，本發明涉及一種用氧化陶瓷，分散劑和有機溶劑的混合物形成透 明氧化陶瓷材料的方法，碾磨該混合物以形成第一漿料，將第一漿料與有機粘合劑和增塑 劑混合以形成處理漿料,碾磨該處理漿料以形成碾磨漿料,帶式澆鑄該碾磨漿料以形成鑄 件帶,乾燥該鑄件帶以形成幹帶，堆積部分幹帶以形成組件，壓縮該組件以形成預製件,加 熱該預製件以形成生預製件，和燒結該生預製件以形成透明氧化陶瓷。在另一方面,本發明涉及一種透明陶瓷片段化帶的形成方法。該方法要求形成多 種不同組合物的碾磨漿料,其中至少一種碾磨漿料通過形成氧化陶瓷,分散劑,和溶劑的混 合物而製備,碾磨該混合物以形成第--漿料,將第一漿料與粘合劑和增塑劑混合，以形成處 理漿料，碾磨該處理漿料以形成碾磨漿料，將碾磨漿料用適於同時澆鑄每一種碾磨漿料至 載體上的刮片裝置沉積入鄰近的儲庫，以形成多個在形成片段化鑄件帶的片段之間具有連 續交界面的帶狀鑄件片段,乾燥該鑄件帶以形成幹帶，堆積部分幹帶以形成組件,壓縮該組 件以形成預製件，加熱該預製件以形成生預製件,和燒結該生預製件以形成透明陶瓷片段 化帶。在又一個方面，本發明涉及一種沿產品的一部分厚度具有摻雜梯度的透明陶瓷產 品的形成方法。該方法要求形成多種碾磨漿料的不同組合物,其中至少一種碾磨漿料是通 過以下方法製備，形成氧化陶瓷，摻雜劑，分散劑和溶劑的混合物,碾磨該混合物以形成多 種第一漿料，將至少一種第一漿料與粘合劑和增塑劑混合以形成處理漿料，碾磨該處理漿 料以形成碾磨漿料，帶式澆鑄,該碾磨漿料以形成多種不同組合物的鑄件帶，乾燥該鑄件帶以形成不 同組合物的幹帶，堆積部分幹帶以形成多種組件的幹帶的厚度，壓縮該組件以形成預製件, 加熱預製件以形成生預製件，燒結該生預製件以形成透明陶瓷產品，其厚度及沿該陶瓷產 品厚度的摻雜梯度。以下參照的詳細說明和非限制性實施例進一步描述本發明。


圖1顯示根據實施例1製造的2. 7mm厚度，透明 摻雜的YAG樣品在光譜範圍250nm至900nm的透射數據。 圖2是根據實施例12製造的3. 2mm厚度，透明0. 5at % Er摻雜的YAG樣品圖片。圖3是在環境掃描電子顯微鏡(ESEM)上拍攝的顯微照片，其顯示根據實施例1加 工的燒結帶狀鑄件YAG的顯微結構。圖4顯示了用能量_分散X射線光譜法(EDS)通過根據實施例11生產的Nd3+摻 雜的透明YAG產品的厚度得到的行掃描結果，其中Nd3+摻雜劑的濃度沿該YAG產品的厚度圖5是用於共同澆注漿料以製造複合材料帶，例如片段化複合材料帶的裝置示意 圖。圖6 (a)是根據實施例10B製造的堆積帶狀鑄件透視圖。圖6(b)是根據實施例13A製造的共同澆注鑄件帶的透視圖。
具體實施例方式定義如此處所述，「透明」理解為材料對射線的平均透射多至理論透射的約95%，所述 射線包含至少一部分光譜範圍約300納米至約5000納米的可見光輻射。帶式澆鑄漿料材料以製造透明陶瓷材料如透明yag。陶瓷材料 一般地，可以使用的例如但不限於氧化物的陶瓷粉末具有約99. 99 %至 約99. 9999 %的純度，優選約99. 995 %至約99. 9999 %純度，更優選約99. 999 %至約 99. 9999%純度，粒徑約50納米至約5000納米,優選約100納米至約1000納米,更優選約 200納米至約1微米400納米。可以使用的分散劑包含但是不局限於氧化鯡魚魚油，二羧酸，如琥珀酸，乙二酸， 丙二酸，戊二酸，己二酸,庚二酸,辛二酸，壬二酸，癸二酸,鄰苯二甲酸,對苯二甲酸及其混 合物，其它可以使用的分散劑包含去水山梨糖醇單油酸酯(orbitan monooleate),優選氧 化鯡魚魚油(mf0)。可以用於製造透明陶瓷材料，例如但不限於透明yag的溶劑包含但是不限於，水， 低級烷醇，例如但不限於變性乙醇，甲醇，異丙醇及其混合物,優選變性乙醇,二甲苯，環己 酮，丙酮，甲苯和甲基乙基酮,及其混合物,優選二甲苯和乙醇的混合物。可以用於製造透明陶瓷材料，例如但不限於透明yag的燒結助劑包含矽石，例如 但不限於四乙氧基矽烷(te0s)，膠態矽石及其混合物；氧化物，例如但不限於氧化鋰,氧 化鈦,氧化鋯,氧化鋇，氧化鈣,氧化鎂，氧化鍶，氧化硼，及其混合物；優選四乙氧基矽烷 (te0s)。可以用於製造透明陶瓷材料，例如但不限於透明YAG的摻雜劑包含稀土摻雜劑， 例如但不限於 La3+, Ce3+, Pr3', Nd3+, Pm3+，Sm3+, Eu3+, Gd3', Tb3+, Dy3+, IIo3+, Er3+, Tm3', Yb3+, Lu3+ 及其混合物。該摻雜劑可以氧化物形式使用，例如但不限於La203,Ce203，Pr203,Nd203，Pra203, Sm203, Eu203, Gd203, Tb203，dv203, Ho203, Er203, tm203, Yb203, Lu203,及其混合物；氫氧化物,例 如但不限於 La(0H)3 6H20, Ce (OH) 3 6H20, Pr (OH) 3 6H20, Nd (OH) 3 6H20, Pm(0H)3 6H20, Sm (OH) 3 6H20, Eu (OH) 3 6H20，Gd (OH) 3 6H20, Tb (OH) 3 6H20, Dy (OH) 3 6H20, Ho (OH) 3 6H20,Er (OH) 3 6H20, Tm(OH)3 6H20, Yb (OH) 3 6H20, Lu (OH) 3 6H20,及其混合物；和硝酸鹽，例
如但不限於 Nd (N03) 3，La (N03) 3，Ce (N03) 3，Pr (N03) 3，Nd (N03) 3, Pm(N03) 3, Sm(n03) 3, Eu (N03) 3, Gd (n03)3, Ho (n03)3, Er (N03)3, Tm (n03)3, Yb (n03)3, Tb (n03) 3, Dy (n03) 3, Lu (n03) 3,以及其混合 物。可以用於製造透明陶瓷材料,例如但不限於透明YAG的有機粘合劑包含但是不 局限於，乙烯基聚合物，例如但不限於聚乙烯醇縮丁醛，聚乙烯醇(PVA)，聚氯乙烯(PVC)， 聚醋酸乙烯酯(PVAc)，聚丙烯腈，其混合物及其共聚物，聚乙烯亞胺，聚異丁烯酸甲酯 (PMMA)，氯乙烯-乙酸酯及其混合物,優選PVB。可以用於製造透明陶瓷材料,例如但不限於透明YAG的增塑劑包含但不局限於鄰 苯二甲酸丁基苄酯，二羧酸/三羧酸酯基增塑劑，例如但不限於鄰苯二甲酸酯基增塑劑，例 如但不限於二(2-乙基己基)鄰苯二甲酸酯，鄰苯二甲酸二異壬酯，二(正-丁基)鄰苯二 甲酸酯,鄰苯二甲酸丁基苄酯,鄰苯二甲酸二異癸酯,鄰苯二甲酸二正辛酯，鄰苯二甲酸二 異辛酯,鄰苯二甲酸二乙酯,鄰苯二甲酸二異丁酯,鄰苯二甲酸二正己酯及其混合物；己二 酸酯基增塑劑，例如但不限於二(2-乙基己基)己二酸酯，己二酸二甲酯，己二酸一甲酯，己 二酸二辛酯,及其混合物；癸二酸酯基增塑劑，例如但不限於癸二酸二丁酯，和馬來酸酯型 增塑劑，例如但不限於馬來酸二丁酯，馬來酸二異丁酯及其混合物；聚二醇，例如但不限於 聚乙二醇，聚丙二醇及其混合物。其它可以使用的增塑劑包含但是不局限於苯甲酸酯，環 氧化植物油，磺胺類化合物，例如但不限於正_乙基甲苯磺醯胺，正_(2_羥丙基)苯磺醯 胺，正正-丁基)苯磺醯胺，有機磷酸酯類化合物,例如但不限於磷酸三甲苯酯，磷酸三 丁酯，乙二醇類/聚醚類化合物，例如但不限於三甘醇二己酸酯，四甘醇二庚酸酯及其混合 物；檸檬酸烷基酯，例如但不限於檸檬酸三乙酯，乙醯檸檬酸三乙酯,檸檬酸三丁酯，乙醯檸 檬酸三丁酯，檸檬酸三辛酯，乙醯檸檬酸三辛酯，檸檬酸三己酯，乙醯寧檬酸三己酯，丁醯檸 檬酸三己酯，檸檬酸三甲酯，烷基磺酸苯酯及其混合物。帶式澆鑄漿料的製備和用於製造透明陶瓷材料如透明YAG的鑄件帶的製造。將一種或多種上述分散劑或者其混合物,例如但不限於氧化鯡魚魚油，與一種或 多種上述的溶劑或者其混合物，例如但不限於，水，變性乙醇和二甲苯混合，添加至內含碾 磨介質的碾磨容器。可用的碾磨介質包含但是不局限於陶瓷材料，例如但不限於，氧化鋁， 氧化釔-穩定化二氧化鋯，YAG,及其混合物。該碾磨容器可以用碾磨介質裝填至約15%至約50%容量,優選約20%至約40% 容量，更優選約25%容量至約35%容量。燒結助劑，例如但不限於膠態矽石或者四乙氧基 矽烷(TE0S)形式的矽石,優選四乙氧基矽烷(TE0S)，以及一種或多種上述的摻雜劑或者其 混合物，例如但不限於 La3+, Ce3+, Pr3+, Nd3+, Pm3+, Sm3+, Eu3., Gd3.，Tb3.，I)y3+, Ho3+, Er3+, Im3+, Yb3+, Lu3+及其混合物的氧化物，氫氧化物或者硝酸鹽,或者其混合物,可以與乾燥陶瓷材 料，例如但不限於氧化鋁和氧化釔粉末一起添加至該碾磨容器。可用於製造透明陶瓷材料，例如但不限於透明YAG的燒結助劑可以在寬範圍內應 用。燒結助劑可以在基於該陶瓷粉末重量的約O.Olwt. %至約5wt. %，優選約0.02wt. %至 約2wt. 更優選約0. 04wt. %至約Iwt. %之間變化。可以用於製造透明陶瓷材料，例如透明YAG的摻雜劑可以在寬範圍內使用。摻雜 劑可以在該陶瓷粉末的約0. 05at. %至約50at. %，優選約0. lat. %至約10at. % ,更優選約0. 25at. %至約4at. %之間變化。可以用於製造透明陶瓷材料，例如但不限於透明YAG的溶劑可以在寬範圍內使 用。溶劑可以在基於該陶瓷粉末重量的約20wt. %至約40wt. %,優選約25wt. %至約 35wt. 更優選約28wt. %至約32wt. %之間變化。可以用於製造透明陶瓷材料,例如但不限於透明YAG的分散劑可以在寬範圍內使 用。分散劑可以在基於該陶瓷粉末重量的約0. lwt. %至約4wt. %，優選約0. 5wt. %至約 wt. %,更優選約lwt. %至約1. 5wt. %之間變化。裝填有碾磨介質，陶瓷粉末,溶劑,和分散劑，以及任選的燒結助劑和摻雜劑的該 碾磨容器進行碾磨約4小時至約36小時,優選約12小時至約30小時,更優選約18小時至 約24小時，以形成第一漿料。然後可以添加粘合劑系統至第一漿料，所述粘合劑系統包含一種或多種上述的有 機粘合劑或者其混合物和一種或多種上述的增塑劑或者其混合物。可以用於製造透明陶瓷 材料,例如但不限於透明YAG的粘合劑可以在寬範圍內使用。粘合劑可以在基於該陶瓷粉末重量的約0. 5wt. %至約8wt. %，優選約lwt. %至 約4wt. %，更優選約2. 5wt. %至約3. 5wt. %之間變化。可以用於製造透明陶瓷材料，例如 但不限於透明YAG的增塑劑可以在寬範圍內使用。增塑劑可以在基於該陶瓷粉末重量的約 0. 5wt. %至約8wt. 優選約lwt. %至約4wt. 更優選2. 5wt. %至約3. 5wt. %之間變 化。一種或多種勻化劑，例如但不限於環己酮可以任選地添加至第一漿料。可以用 製造透明陶瓷材料，例如但不限於透明YAG的勻化劑的量可以在基於該碾磨漿料重量的 約0. Olwt. %至約0. 4wt. 優選約0. lwt. %至約0. 2wt. 更優選約0. 12wt. %至約 0. 2wt. %之間變化。然後，將添加有粘合劑，增塑劑和任選的勻化劑的漿料碾磨約4小時至 約36小時，優選約12小時至約24小時至約30小時，更優選約18小時至約24小時，以形成 碾磨漿料。然後將該碾磨漿料過篩，使其與碾磨介質分離。然後在室溫下攪拌該碾磨漿料 約15分鐘至約60分鐘，優選約20分鐘至約45分鐘,更優選約20分鐘至約30分鐘，以去 除夾帶的空氣，揮發過量溶劑，使漿粘度適於帶式澆鑄。然後將漿料澆注在移動的載體上， 例如玻璃，鋼帶或者聚合物片，例如但不限於矽樹脂塗敷的密拉(Mylar)，聚丙烯或者聚酯， 優選矽樹脂塗敷的密拉(Mylar),以形成鑄件帶。適宜的可以用於製造透明陶瓷材料,例如但不限於透明YAG的漿料的粘度取決於 漿料成分，刮片幾何結構，所需帶厚，載體材料和載體速度，為約50釐泊至約5000釐泊，優 選約100釐泊至約1000釐泊，更優選約100釐泊至約400釐泊。可以用於製造透明陶瓷材 料，例如但不限於透明YAG的鑄件帶在大約20°C至約40°C,優選約2(rc至約27°C,更優選 22°C至約25°C下乾燥，以形成幹帶。在另一個方面，可用於製造透明陶瓷材料，例如但不限於透明YAG的兩種或多種 不同組合物的漿料可以同時澆注在移動的載體上，以形成片段化的帶。所述漿料可以用顯 示於圖5的裝置1澆注,其包含後部支架5,側面支架7,間壁10附著於支架5。間壁10的 數目可以變化，以在間壁10和支架7之間形成所需數目的儲庫。刮片15滑動進入支架7 的正面凹槽。支撐杆17具有刻度盤19，其可控地連接至刮片15，用於變化刮片15的缺口。 相鄰間壁10之間提供的空間形成漿料儲庫20,其各自可以包含一種所需組合物的漿料。在這方面，裝置1可以用於共同澆注兩種或多種漿料至移動的載體上，以形成片段化的帶,其 具有兩種或多種不同組合物，它們共有一個沿該帶長度的介面(s)。澆注片段化帶後，該帶 被切割為所需數量的共同鐃注塊。優選地為垂直於該帶長度進行切割。兩種或多種該共同 澆注塊可以堆積形成組件，其中同一種漿料形成的片段優選為各自相互配準(in registry with eachother) 然後可以壓縮該組件以形成的預製件,其可以進行乾燥和燒結。製造生預製件和燒結產生透明陶瓷，例如但不限於透明YAG通常，如上生產的幹帶被切割為塊,例如所需尺寸和形狀的板。一個寬範圍數量的 塊,通常約2至約200塊，優選約10塊至約100塊,更優選約30塊至約60塊可以堆積形成 組件,該組件被壓縮形成預製件。這些塊可以在任何方向相互堆積,優選地,這些塊以0°和 90°之間交替的方向堆積，例如0°，90°，180°和270°，等等。當共同澆注塊堆積時，這 些塊優選地以相對於各自的0°和180。方向堆積。這些塊優選地以頂面向上或者底面向 上在交互的層之間堆積。如果在燒結產品中需要有摻雜劑梯度,可以在堆積期間通過組裝 不同摻雜劑濃度的帶切割成的塊引入摻雜劑梯度。可以用單軸壓力機壓縮組件，以形成預製件，所述壓力機的壓盤被加熱到約為用 於形成帶的有機混合物的玻璃轉化(即軟化)溫度。備選地，可以使用等靜壓機。在等靜 壓期間，通過加熱的液體,例如但不限於蒸餾水，將壓力傳遞至該組件。當使用單軸壓縮時，組件可以在約5MPa至約30MPa,優選約5MPa至約20MPa,更優 選約5MPa至約lOMPa的壓力F單軸壓縮，使其塊彼此結合，然後再約lOMPa至約30MPa，優 選約15MPa至約30MPa,更優選約25MPa至約30MPa的壓力下熱等靜壓，將這些塊壓制入預 製件。然後在一氧化性氣氛中,例如空氣中加熱預製件，以燒盡有機物，例如但不限於,分散 劑，粘合劑和增塑劑，以形成生預製件。加熱以足以分解有機物而最小化氣體放出的速率和 時間進行。通常地，以大約0. 1°C /分鐘至約2°C /分鐘，優選約0. 1°C /分鐘至約IT /分 鍾，更優選約0.1°C /分鐘至約0.4°c /分鐘的速率進行加熱。在任一種真空，空氣,過壓氧，氫氣,氮氣,或者惰性氣體,例如但不限於氦(He),氖 (Ne),氬(Ar)，氪(Kr),氙(Xe),氡(Rn)及其混合物中燒結生預製件,優選在約lO-'Torr至 約10_6Torr，更優選在約lO^Torr至約lO^Torr的真空中燒結，以去除孔隙率，得到光學透 明的陶瓷部件，例如但不限於光學透明的YAG部件。然後以足以最小化燒結助劑擴散出晶粒邊界,使其可能沿該邊界形成第二相或者 薄膜的速度冷卻燒結的透明陶瓷部件至室溫。冷卻速率可以在約10°c /分鐘至約50°C /分 鍾，優選約15°C /分鐘至約40°C /分鐘，更優選約15°C /分鐘至約25°C /分鐘之間變化。當用氧化釔和氧化鋁粉生產透明YAG時，這些粉末各自的純度可以為約99. 99% 至約99. 9999%，優選約99. 995%至約99. 9999%,更優選約99. 999%至約99. 9999%，其 粒徑為約50納米至約5000納米,優選約100納米至約1000納米,更優選約200納米至約 400納米。氧化釔和氧化鋁粉末在使用前於空氣中在約100°C乾燥24小時或以上。該粉末在 使用前可以在真空或者惰性氣氛種存儲以防止水吸附。可以使用的氧化釔粉末的實施例包 含但是不局限於來自日本氧化釔公司(NYC) (99. 999%純,5000nm直徑),日本信越TO氧化 釔(300nm，99. 99%純)，日本信越TO高聚氧化釔(200nm，99. 99%純)的氧化釔粉末。可 以使用的氧化鋁粉末包含但是不局限於來自拜考士奇公司的BA-15 (200nm, 99. 99 %純)，曰本住友的AKP-3000氧化鋁(500nm,99. 999%純)，和日本住友的AKP-50氧化鋁(300nm, 99. 999%純)的氧化鋁粉末。氧化釔和氧化鋁粉的的量可以變化。通常氧化釔和氧化鋁用量的摩爾比率為氧化 釔氧化鋁為約2. 5 5. 5至約3. 5 4.5,優選約2. 8 5. 2至約3. 2 4.8,更優選約 2.95 5. 05至約3. 05 4. 95,最優選3 5。乾燥的氧化釔和氧化鋁粉可以直接從乾燥 箱添加至碾磨容器。備選地，經烘千的粉末可以在使用之前存儲在任何一種真空或者惰性 氣氛中。燒結期間的加熱速率可以在約2°C /分鐘至約4(TC /分鐘，優選約5°C /分鐘至約 10°C /分鐘之間變化，以及任選地在氣體可以散發和/或允許相變完成的溫度下保持約15 分鐘至約48小時，優選30分鐘至約8小時，更優選約2小時至約4小時。例子 實施例1 從氧化鋁和氧化釔粉末製造YAG用5mm直徑的Y23-穩定化Zr2碾磨介質填充250ml的高密度聚乙烯碾磨容器至 33. 3%體積。添加氧化鯡魚魚油(1. 40g, Z-3等級,帶狀澆鑄倉庫)，無水二甲苯(17. 30g, 特魯利貝克)，變性乙醇(17. 30g，環球化工)和TE0S(0. 35g，99. 999+%金屬成分，青島潤倉 化工有限公司)至該碾磨容器。在100 °C乾燥Y203粉末(99. 9999 %純度，5000納米直徑，華晶達國際公司)和 A1203粉末(八冊-50等級，99.999%純度，300納米直徑，日本住友化工有限公司)24小時， 在其從千燥箱取出仍然熱的時候添加至碾磨容器，形成混合物。粉末用量的摩爾比率為 5 3: :A1203 Y203。粉末總重量為 70. 00g。將氧化鯡魚魚油，二甲苯,變性乙醇，TE0S,Y203粉末和A1203粉末的混合物碾磨24 小時以形成第--漿料。添加聚乙烯醇縮丁醛(3.49g,B-98等級,帶狀澆鑄倉庫)，鄰苯二甲 酸丁基苄酯(1. 75g，S-160等級，帶狀澆鑄倉庫)和聚二醇(1. 75g，UCON 50HB 2000等級， 帶狀鐃鑄倉庫)至第一漿料,所得處理漿料另外碾磨24小時以形成一碾磨漿料。該碾磨漿 料的組成顯示於表1。
傾倒碾磨容器的內容物,過篩,入燒杯，以使碾磨介質從碾磨漿料分離。用七毫升 由相等重量比例的二甲苯和乙醇形成的衝洗液衝洗該介質和碾磨容器，以回收殘留的碾磨 漿料。添加回收的殘留漿料和衝洗液至燒杯中的碾磨漿料，用磁力攪拌棒在室溫下攪拌25 分鐘，然後用具有0. 3mm缺口的刮片澆注至矽樹脂-塗敷的以38cm/分鐘的速度移動的密 拉(Mylar)載體上，以形成鑄件帶。在室溫下於空氣中千燥該鑄件帶1小時，以形成厚度0. 1mm的千帶。將千帶從載 體移除,切割為30mmX 30mm的塊。三十個所述塊堆積成一組件,其在74°C，5MPa的單軸壓 力下層壓15分鐘，以形成預製件。然後在74°C,20MPa的壓力下熱等靜壓該預製件30分 鍾。在空氣中以0. 5C /分鐘的速率加熱預製件,在500°C保持60分鐘以燒去有機物,然後 冷卻，以形成生預製件。在10 3Torr的真空中，以10°C /分鐘的速率加熱至180(TC，對生預 製件進行燒結，然後以20°C /分鐘的速率冷卻至室溫，以形成2. 7mm厚的透明YAG產品。用分光光度計評價該透明YAG產品的光透射性能。該分光光度計形成一束可以連 續變化波長的光。測量通過樣品後光強度的變化。光譜範圍250至900納米的測試結果顯 示於圖1和表2。緻密化的帶狀鑄件YAG部分的微觀結構顯示於圖3。表2 實施例1A依照實施例1的步驟，不同之處在於,鑄件帶是在室溫下，於空氣中乾燥2小時。實施例2 依照實施例1的步驟,不同之處在於,在額外碾磨以形成碾磨漿料前添加環己酮 (4滴，奧德裡奇化學公司)至第一漿料。實施例3 依照實施例1的步驟,不同之處在於，使用的氧化釔粉末來自日本氧化釔公司 (NYC) (99. 999% 純度,5，000 納米直徑)。實施例4 依照實施例1的步驟，不同之處在於,用70克純YAG代替氧化釔氧化鋁。實施例5 依照實施例1的步驟,不同之處在於,用5mm直徑的氧化鋁研磨介質(99. 9%,曰本 酒井尼卡特株式會社)代替氧化釔穩定化二氧化鋯研磨介質，該碾磨容器用氧化鋁碾磨介 質裝填至33%容量。實施例6 依照實施例1的步驟，不同之處在於,刮片的缺口為0. 2mm。實施例6A 依照實施例1的步驟，不同之處在於,刮片的缺口為0. 5mm。實施例7 依照實施例1的步驟，不同之處在於，生預製件以0. rc /分鐘的速率加熱，在 190°C保持15分鐘，以燒去有機物。實施例7A:依照實施例1的步驟，不同之處在於，生預製件以0. 1/C /分鐘的速率加熱，在 275°C保持15分鐘，以燒去有機物。實施例7B:依照實施例1的步驟，不同之處在於，生預製件以o. rc /分鐘的速率加熱，在 375°C保持15分鐘。實施例7C:依照實施例1的步驟，不同之處在於，生預製件以0. 1°C /分鐘的速率加熱，在 500°C保持15分鐘。實施例7D:的步驟，不同之處在於，生預製件以0. 1°C /分鐘的速率加熱,依照實施例 190°C保持45分鐘，以燒去有機物。實施例7E:依照實施例 275C保持45分鐘，以燒去有機物，實施例7F:依照實施例 375°C保持45分鐘。實施例7G:依照實施例 500°C保持45分鐘。實施例7H:依照實施例 190°C保持15分鐘，以實施例71:依照實施例 275°C保持15分鐘，以實施例7.J:依照實施例 375°C保持15分鐘，以實施例7K:依照實施例 500°C保持15分鐘，以實施例7L:依照實施例 190°C保持45分鐘，以燒去有機物。實施例7M:依照實施例 275C保持45分鐘，以燒去有機物，實施例7N:依照實施例 375°C保持45分鐘，以實施例7P:依照實施例 500°C保持45分鐘，以實施例8:使用實施例1的步驟,不同之處在於,只在75°C用5MPa的壓力單軸壓縮形成預製
的步驟,不同之處在於，生預製件以o. rc /分鐘的速率加熱，在
的步驟，不同之處在於，生預製件以o. rc /分鐘的速率加熱，
項聚，不同之處在於，生預製件以o. rc /分鐘的速率加熱，
的步驟，不同之處在於，生預製件以2.0V/分鐘的速率加熱， g去有機物。
的步驟，不同之處在於，生預製件以2.o°c /分鐘的速率加熱， g去有機物。
的步驟，不同之處在於，生預製件以2. o°c /分鐘的速率加熱， s去有機物。
的步驟，不同之處在於，生預製件以2. 0°C /分鐘的速率加熱， S去有機物。
的步驟，不同之處在於，生預製件以2. 0°C /分鐘的速率加熱，
的步驟,不同之處在於，生預製件以2. (rc /分鐘的速率加熱,在
的步驟，不同之處在於，生預製件以2. 0°C /分鐘的速率加熱， S去有機物。
的步驟，不同之處在於，生預製件以2. o°c/分鐘的速率加熱， S去有機物。
m 8A
供試昆蟲在土壤中的黃瓜條葉甲幼蟲製件。
實施例9
使用實施例1的步驟,不同之處在於,生預製件在1800°C保持15分鐘。實施例9A
依照實施例9的步驟，不同之處在於，生預製件在1800°C保持60分鐘。實施例9B依照實施例9的步驟，不同之處在於，生預製件在1800°C保持24小時。實施例9C依照實施例9的步驟，不同之處在於，生預製件在1800°C保持48小時。實施例10依照實施例1的步驟，不同之處在於，通過堆積來自不同摻雜劑濃度帶的帶塊形成沿產品厚度的摻雜劑梯度。在本實施例中，10層0. 1mm厚的lat. % Nd摻雜的YAG形成的內部介於兩個各自 由10層0. 1mm厚的非摻雜YAG形成的外部之間。各非摻雜的YAG層根據實施例1製備。各 lat. % Nd摻雜的YAG層根據實施例12的步驟製造,不同之處在於，用基於Y203粉末釔含量 的latomic^ Nd代替Er,其中Nd以Nd203的形式(奧德裡奇化學公司，lOOnm, 99. 9 % )存 在。然後將這些層組合為一疊堆，在74。C，5MPa下單軸壓縮，隨後在74°C，20MPa進行等靜 壓層壓，以形成預製件。如實施例1所述加熱該預製件以燒去有機物，以及根據實施例1的 步驟進行燒結。實施例10A在此實施例中，將8層0. 1mm厚的非摻雜YAG與2層0. 1mm厚的0. 25at% Nd摻雜 YAG, 2 層 0. 1mm 厚的 0. 5at % Nd 摻雜 YAG，2 層 0. 1mm 厚的 0. 75at % Nd 摻雜 YAG，2 層 0. 1mm 厚的 lat% Nd 摻雜 YAG, 2 層 0. lram 厚的 0. 75at% Nd 摻雜 YAG, 2 層 0. lram 厚的 0. 5at% Nd 摻雜YAG, 2層0. 1mm厚的0. 25% Nd摻雜YAG,和8層0. 1mm厚的YAG組裝入一疊堆。各非 摻雜YAG層根據實施例1製造。各0. 25at. % Nd摻雜的YAG層根據實施例12的步驟製造，不同之處在於，用基
Y203粉末釔的0. 25 % Nd代替Er,
Nd以:NcU)3的形式(奧德裡奇化學公司，lOOnm,
99.9%)存在。各0. 5at. %Nd摻雜的YAG層根據實施例12的步驟製造,不同之處在於,用 基於Y203粉末釔含量的0. 5atomic% Nd代替Er，其中Nd以Nd203的形式(奧德裡奇化學公 司，lOOnm, 99.9% )存在。各0. 75at. % Nd摻雜的YAG層根據實施例12的步驟製造，不同 之處在於，用基於Y203粉末釔含量的0. 75atomic% Nd代替Er,其中Nd以Nd203的形式(奧 德裡奇化學公司，lOOnm,99. 9% )存在。然後根據實施例10的步驟層壓和熱處理該疊堆。實施例10B依照實施例1的步驟，不同之處在於，通過堆積來自不同摻雜劑濃度帶的帶塊形 成沿產品厚度的摻雜劑梯度。在本實施例中，如圖(a)所示的結構為，10層0. 1mm厚的0. 25at% Er摻雜的YAG
形成的中部35介於10層非摻雜YAG形成的底部37和10層0.5at%摻雜的YAG形成的頂部39之間。各非摻雜的YAG層根據實施例1製備。各0. 5at. % Nd摻雜的YAG層根據實施例12的步驟製造。各0. 25at. % Nd摻雜的YAG層根據實施例12的步驟製造,不同之處在 於，使用基於Y203粉末釔含量的0. 25atomic%^ Er。然後將這些層組合入一疊堆，在74°C， 5MPa下單軸壓縮，隨後在74°C，20MPa進行等靜壓層壓，以形成預製件。如實施例1所述加 熱該預製件以燒去有機物，以及根據實施例1的步驟進行燒結。實施例11一種透明YAG產品，由0. 4mm厚的4at% Nd3+摻雜的YAG層夾在純YAG層之間而 成。該YAG產品的厚度為4mm。此步驟中，將1. 8mm厚YAG層，0. 4mm厚的4at% Nd3+摻雜 的YAG層，和根據實施例1生產的1. 8ram厚的非摻雜YAG層組裝為一個疊堆。該非摻雜YAG 層根據實施例1製造。該4at. % Nd3+摻雜的YAG層根據實施例12的步驟製造,不同之處 在於，用基於Y203粉末釔含量的4. 0atomic% Nd代替Er，其中Nd以Nd203的形式(奧德裡 奇化學公司，100nm,99. 9% )存在。根據實施例10的步驟層壓和熱處理該疊堆。用能量分 散X射線光譜法(EDS)對沿Nd摻雜YAG產品的厚度進行行掃描。結果顯示於圖4和表3。 圖4左邊的曲線圖顯示了 Y, A1，0和Nd的掃描結果。圖4右邊的曲線圖顯示Nd的掃描。表3 實施例12實施例1的步驟,不同之處在於，在添加粉末至漿料時,添加Er(N03) 35H20(青島潤 倉化工有限公司，99. 99% )形式的基於Y203粉末的釔含量的0. 5atomic% Er作為摻雜劑。實施例13將實施例1的碾磨漿料置於圖5所示裝置的第一儲庫，用lat% Nd作為摻雜劑摻 雜的實施例1的碾磨漿料置於圖5所示裝置的第二儲庫,實施例1的碾磨漿料置於圖5所 示裝置的第三儲庫。這些漿料同時在0. 35mm缺口的刮片以20cm/分鐘的速率同時地澆注在實施例1中採用的載體上，以形成片段化的共同澆注帶。該片段化的帶在25°C乾燥形成 千帶。該千帶切割為25mmX 25mm。將50個這些塊堆積為組件，其中該帶的各片段在它們的 連接處形成集成體。然後在5MPa和74°C下單軸壓縮該組件以形成預製件，最後在20MPa和 74°C下等靜壓該預製件。依據實施例1的步驟加熱所得預製件以燒盡有機物，在i7(rc, 10_3Torr的真空中燒制4小時。所得產品在1700°C, 200MPaAr壓力下熱等靜壓8小時，以 形成片段化的複合部件。實施例13A使用圖5所示的裝置，不同之處在於,該裝置使用4個間壁10，以提供5個儲庫。 實施例1的碾磨漿料置於第一和第五儲庫。用0. 5% Er作為摻雜劑摻雜的實施例12的碾 磨漿料置於圖5所示裝置的第三儲庫。用0. 25% Er代替0. 5% Er的實施例12的碾磨漿 料置於圖5所示裝置的第二和第四儲庫。這些漿料在0. 35mm缺口的刮片以20cm/分鐘的 速率同時地澆注於實施例1使用的載體上，以形成片段化的共同澆注帶40,如圖6( 1)所示。 在25°C乾燥該片段化的帶以形成幹帶,其具有片段42，44，46，48和50,其中片段42和50 是非摻雜YAG，片段46是0. 5at% Er摻雜的YAG,片段44和48是0. 25at%摻雜的YAG。將幹帶切割為30mmX 130mm的矩形塊。五十個所述塊以介面對準(registered) 的方式堆積形成組件。然後在5MPa和74°C下單軸壓縮該組件以形成預製件,最後在20MPa 和74°C下等靜壓該預製件。依據實施例1的步驟加熱所得預製件以燒盡有機物，在1700°C, l(T3Torr的真空中燒制4小時。所得產品在1700°C, 200MPaAr壓力下熱等靜壓8小時，以 形成片段化的複合部件。實施例1.4依照實施例1的步驟，除了實施例1生產的燒結YAG預製件在1750°C, 200MPa的 Ar壓力下熱等靜壓4小時。在備選的實施方式中，可以使用使用水性漿料。可用的水性漿料包含YAG粉末，琥 珀酸(分散劑)，聚乙烯亞胺(PEI分散劑/粘合劑)和水。實施例15示範了該實施方式。實施例15依照實施例1的步驟，不同之處在於配製了一中水基漿料。在此實施方式中，用14g水代替乙醇和二甲苯，用5g琥珀酸(美國化學會試劑等 級，彡99. 0% )和14gPEI (奧德裡奇化學公司，80%乙氧基化溶液,平均分子量 50，000, H20中37wt%替代有機物(即分散劑，粘合劑和增塑劑)，該固體包含70gYAG粉末。實施例16 透明Ce203的製造用5mm直徑的氧化鋁碾磨介質填充250ml的高密度聚乙烯碾磨容器至33. 3 %體 積。添加氧化鯡魚魚油(1.40g, Z-3等級,帶狀澆鑄倉庫)，無水二甲苯(17.30g，特魯利貝 克)，變性乙醇(17. 30g,環球化工)和TE0S (0. 35g, 99. 999+%金屬成分，青島潤倉化工有限 公司)至該碾磨容器。在100°C千燥Ce203粉末24小時，在其從千燥箱仍熱時添加至該碾 磨容器，以形成混合物。粉末總重量為70.00g。混合氧化鯡魚魚油，二甲苯，變性乙醇，TE0S和Ce203粉末形成第一漿料。添加聚 乙烯醇縮丁醛(3. 49g, B-98等級,帶狀澆鑄倉庫)，鄰苯二甲酸丁基苄酯(1. 75g, S-160等 級，帶狀澆鑄倉庫)和聚二醇(1.75g，UC0N 50HB2000等級，帶狀澆鑄倉庫)至第一漿料，以 形成處理漿料，然後將所得處理漿料另外碾磨24小時以形成一碾磨漿料。
傾倒碾磨容器的內容物,過篩,入燒杯,使碾磨介質從碾磨漿料分離。用十毫升由 相等重量比例的二甲苯和乙醇形成的衝洗液衝洗該介質和碾磨容器，以回收殘留的碾磨漿 料。添加回收的殘留漿料和衝洗液至燒杯中的碾磨漿料，用磁力攪拌棒在室溫下攪拌25 分鐘,然後用具有.3mm缺口的刮片澆注至矽樹脂-塗敷的以20cra/分鐘移動的聚酯薄膜 (Mylar)載體上，以形成鑄件帶。在室溫下於空氣中千燥該鑄件帶1小時，以形成厚度0. 1mm的千帶。將千帶從載體 移除，切割為3(kmX 30mm的塊。三十個所述塊堆積成一組件，其在74°C，5MPa的單軸壓力下 層壓15分鐘，以形成預製件。然後在74°C, 20MPa的壓力下熱等靜壓該預製件30分鐘。在 空氣中以0. 5°C /分鐘的速率加熱預製件至500在500X保持60分鐘以燒去有機物,然 後自然冷卻，以形成生預製件。在10_3Torr的真空中，以10°C /分鐘的速率加熱至1750°C 並在1800°C維持8小時，對生預製件進行燒結，然後以20°C /分鐘的速率冷卻至室溫。實施例17 透明y203的製造依照實施例16的步驟，不同之處在於，用Y203代替Ce203。在lO^Torr的真空中燒 結生預製件，以10°c /分鐘的速率加熱至1900°C並在1900°C保持6小時，然後以20°C /分 鐘的速率冷卻至室溫。實施例18 透明Sc203的製造依照實施例16的步驟，不同之處在於，用sc203代替ce203。在10_4torr的真空中 燒結生預製件，以10°c /分鐘的速率加熱至1800°c並在180(tc保持10小時，然後以20°c / 分鐘的速率冷卻至室溫。實施例1.9 透明lu23的製造依照實施例16的步驟,不同之處在於,用Lu203代替Ce203。在10_3Torr的真空中 燒結生預製件，以10°C /分鐘的速率加熱至1850°C並在185(TC保持8小時，然後以20°C / 分鐘的速率冷卻至室溫。實施例21 透明MgAl24尖晶石的製造用5mm直徑的氧化鋁碾磨介質填充250ml的高密度聚乙烯碾磨容器至33. 3%體 積。添加氧化鯡魚魚油(1. 40g, Z-3等級，帶狀澆鑄倉庫)，無水二甲苯(17.30g，特魯利貝 克)，變性乙醇(17. 30g，環球化工)和TE0S(0. 35g，99. 999+%金屬成分，青島潤倉化工有限 公司)至該碾磨容器。在l(rC乾燥MgO粉末(99. 9999%純度,5000納米直徑，西格瑪 奧 德裡奇化學公司)和A1203粉末(AKP-50等級,99. 999%純度,300納米直徑，日本住友化工 有限公司)24小時，在其從千燥箱取出仍熱時添加至該碾磨容器，以形成混合物。粉末使用 的摩爾比率為1 1 :A1203 MgO。粉末總重量為70. 00g。將氧化鯡魚魚油，二甲苯,變性乙醇，TE0S, MgO粉末和Al23粉末的混合物碾磨24 小時以形成第一漿料。添加聚乙烯醇縮丁醛(3.49g,B-98等級,帶狀澆鑄倉庫)，鄰苯二甲 酸丁基苄酯(1. 75g, S-160等級，帶狀澆鑄倉庫)和聚二醇(1. 75g，UC0N 50HB 2000等級， 帶狀澆鑄倉庫)至第一漿料，以形成處理漿料，所得處理漿料另外碾磨24小時以形成一碾 磨漿料。傾倒碾磨容器的內容物,過篩,入燒杯，以使碾磨介質從碾磨漿料分離。用十毫升 由相等重量比例的二甲苯和乙醇形成的衝洗液衝洗該介質和碾磨容器，以回收殘留的碾磨 漿料。添加回收的殘留漿料和衝洗液至燒杯中的碾磨漿料，用磁力攪拌棒在室溫下攪拌25分鐘，然後用具有0. 3mm缺口的刮片澆注至矽樹脂-塗敷的以20cm/分鐘移動的聚酯薄膜 (Mylar)載體....匕以形成鑄件帶。在室溫下於空氣中乾燥該鑄件帶1小時，以形成厚度0. 1mm的幹帶。將幹帶從載體 移除，切割為30畫X 30mm的塊。三十個所述塊堆積成一組件,其在74°C, 5MPa的單軸壓力下 層壓15分鐘，以形成預製件。然後在74°C,20MPa的壓力下熱等靜壓該預製件30分鐘。在 空氣中以0. 4°C /分鐘的速率加熱預製件至600°C，在600°C保持30分鐘以燒去有機物，然 後自然冷卻，以形成生預製件。在10 3Torr的真空中，以10°C /分鐘的速率加熱至1700°C 並在170(rC維持5小時，對生預製件進行燒結，然後以20°C /分鐘的速率冷卻至室溫。實施例22 依照實施例1的步驟,不同之處在於,用0. 3g B203(99. 98%金屬成分， 青島潤倉化工有限公司)代替TE0S。
權利要求
一種製造透明釔鋁石榴石的方法，其特徵在於，包含以下步驟形成Y2O3，Al2O3，燒結助劑，分散劑和有機溶劑的混合物；碾磨該混合物以形成第一漿料；將該第一漿料與有機粘合劑和增塑劑混合，以形成處理漿料；碾磨該處理漿料，形成碾磨漿料；帶式澆鑄該碾磨漿料以形成鑄件帶；乾燥該鑄件帶以形成幹帶；堆積部分幹帶以形成組件；壓縮該組件以形成預製件；加熱該預製件以形成生預製件；燒結該生預製件以形成透明釔鋁石榴石。
2.如權利要求1所述的製造透明釔鋁石榴石的方法，其特徵在於，所述的燒結助劑選 自四乙氧基矽烷，膠態矽石，氧化鋰,氧化鈦,氧化鋯,氧化鋇,氧化鈣,氧化鎂,氧化鍶,及其 混合物組成的組。
3.如權利要求2所述的製造透明釔鋁石榴石的方法，其特徵在於，所述的分散劑選自 氧化鯡魚油，琥珀酸，乙二酸,丙二酸，戊二酸，己二酸,庚二酸，辛二酸，壬二酸，癸二酸，鄰 酞酸,去水山梨糖醇單油酸酯及其混合物組成的組。
4.如權利要求3所述的製造透明釔鋁石榴石的方法,其特徵在於，所述的有機粘合劑 選自聚乙烯醇縮丁醛，聚乙烯醇，聚氯乙烯，聚醋酸乙烯酯，聚丙烯腈，聚乙烯亞胺，聚異丁 烯酸甲酯，氯乙烯-乙酸酯及其混合物組成的組。
5.如權利要求4所述的製造透明釔鋁石榴石的方法,其特徵在於,所述的增塑劑選自 鄰苯二甲酸丁基苄酯,二(2-乙基己基)鄰苯二甲酸酯,鄰苯二甲酸二異壬酯,二(正-丁 基)鄰苯二甲酸酯，鄰苯二甲酸丁基苄酯，鄰苯二甲酸二異癸酯，鄰苯二甲酸二正辛酯，鄰 苯二甲酸二異辛酯，鄰苯二甲酸二乙酯，鄰苯二甲酸二異丁酯，鄰苯二甲酸二正己酯，二 (2-乙基己基)己二酸酯，己二酸二甲酯，己二酸一甲酯，己二酸二辛酯，癸二酸二丁酯，馬 來酸二丁酯,聚乙二醇，聚丙二醇,正乙基甲苯磺醯胺,正-(2-羥丙基)苯磺醯胺,正_(正 丁基)苯磺醯胺，磷酸三甲苯酯，磷酸三丁酯，三乙烯乙二醇二己酸酯，四乙烯乙二醇二庚 酸酯，檸檬酸三乙酯，乙醯檸檬酸三乙酯,檸檬酸三丁酯，乙醯檸檬酸三丁酯，檸檬酸三辛 酯，乙醯檸檬酸三辛酯,檸檬酸三己酯，乙醯檸檬酸三己酯,丁醯檸檬酸三己酯,檸檬酸三甲 酯，烷基磺酸苯酯及其混合物組成的組。
6.如權利要求2所述的製造透明釔鋁石榴石的方法，其特徵在於，所述的有機溶劑選 自乙醇，甲醇,異丙醇和二甲苯，環己酮，丙酮，甲苯，甲基乙基酮及其混合物組成的組。
7.如權利要求2所述的製造透明釔鋁石榴石的方法,其特徵在於，所述的壓縮的壓力 為約5MPa至約30MPa。
8.如權利要求2所述的製造透明釔鋁石榴石的方法，其特徵在於，所述的燒結在約 1600°C 至約 1900 °C 進行。
9.如權利要求1所述的製造透明釔鋁石榴石的方法,其特徵在於,所述的燒結助劑的 為基於Y2O3和Al2O3總量的0. Olwt. %至約5wt. %。
10.如權利要求1所述的製造透明釔鋁石榴石的方法，其特徵在於，所述的混合物還包含稀土摻雜劑，其選自 La3+, Ce3+，Pr3+，Nd3+，Pm3+, Sm3+, Eu3+，Gd3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm3+, Yb3+，Lu3+及其混合物組成的組。
11.如權利要求1所述的製造透明釔鋁石榴石的方法，其特徵在於，所述的混合物還包 含稀土摻雜劑,其選自Nd3+, Er3+及其混合物組成的組。
12.如權利要求11所述的製造透明釔鋁石榴石的方法,其特徵在於,所述的燒結助劑 是四乙氧基矽烷，所述分散劑是氧化鯡魚油，所述有機粘合劑是聚乙烯醇縮丁醛，所述增塑 劑是鄰苯二甲酸丁基苄酯，所述有機溶劑包含變性乙醇和二甲苯，所述燒結在真空中進行。
13.一種形成透明氧化陶瓷原料的方法,其特徵在於,包含以下步驟 形成氧化陶瓷，分散劑和有機溶劑的混合物；碾磨該混合物以形成第一漿料；將該第一漿料與有機粘合劑和增塑劑混合以形成處理漿料；碾磨該處理漿料以形成碾磨漿料；帶式澆鑄該碾磨漿料以形成鑄件帶；千燥該鑄件帶以形成千帶；堆積部分幹帶以形成組件；壓縮該組件以形成預製件；加熱該預製件以形成生預製件；燒結該生預製件以形成透明氧化陶瓷。
14.如權利要求13所述的形成透明氧化陶瓷原料的方法，其特徵在於，所述的氧化陶 瓷選自Al2O3,氧化銦,氧化鉈，矽鋁氧化-氮化物，釔鋁石榴石，氧化鈰,氧化釔,氧化鈧，氧 化鐠,鎂鋁尖晶石,氧化鋯及其混合物組成的組。
15.一種形成透明陶瓷片段化帶的方法，其特徵在於，包含以下步驟形成多種不同組合物的碾磨漿料，其中至少一種碾磨漿料通過下列步驟製備，形成氧 化陶瓷,分散劑,和溶劑的混合物； 碾磨該混合物以形成第一漿料； 將該第一漿料與粘合劑和增塑劑混合，以形成處理漿料； 碾磨該處理漿料以形成碾磨漿料；將碾磨漿料用適合同時澆鑄每一種碾磨漿料至載體上的刮片裝置沉積入鄰近的儲庫， 以形成多個在片段之間具有連續交界面的帶狀鑄件片段，形成片段化鑄件帶； 千燥該鑄件帶以形成千帶； 堆積部分幹帶以形成組件； 壓縮該組件以形成預製件； 加熱該預製件以形成生預製件； 燒結該生預製件以形成透明陶瓷片段化帶。
16.如權利要求15所述的形成透明陶瓷片段化帶的方法，其特徵在於，至少一種所述 的碾磨漿料包含Y2O3和Al2O3的混合物。
17.如權利要求15所述的形成透明陶瓷片段化帶的方法,其特徵在於,至少一種所述 的碾磨漿料包含Y2O3，Al2O3和摻雜劑的混合物。
18.—種沿產品的一部分厚度具有摻雜梯度的透明陶瓷產品的形成方法,其特徵在於，包含以下步驟 形成不同組合物的多種碾磨漿料，其中至少一種研磨漿料通過下列步驟製備，形成氧 化陶瓷，摻雜劑，分散劑和溶劑的混合物； 碾磨該混合物以形成多種第一漿料；將至少一種第--漿料與粘合劑和增塑劑混合以形成處理漿料；碾磨該處理漿料以形成碾磨漿料；帶式鐃鑄該碾磨漿料以形成不同組合物的多種鑄件帶；乾燥該鑄件帶以形成不同組合物的幹帶；堆積部分所述幹帶以形成這些幹帶的多種組件的厚度；壓縮組件以形成預製件；加熱該預製件以形成生預製件；燒結該生預製件以形成透明陶瓷產品，所述透明陶瓷產品具有厚度，以及沿該陶瓷產 品一部分厚度的摻雜梯度。
19.如權利要求18所述的沿產品的一部分厚度具有摻雜梯度的透明陶瓷產品的形成 方法，其特徵在於，摻雜劑是稀土摻雜劑，其選自Nd3+, Er3'及其混合物組成的組。
全文摘要
本發明涉及一種通過帶式澆鑄製造透明陶瓷，例如釔鋁石榴石的製造方法。該方法包含，形成氧化陶瓷，分散劑和有機溶劑的混合物，碾磨該混合物以形成第一漿料，將該第一漿料與有機粘合劑和增塑劑混合以形成處理漿料，碾磨該處理漿料以形成碾磨漿料，帶式澆鑄該碾磨漿料以形成鑄件帶，乾燥該鑄件帶以形成幹帶，堆積部分幹帶以形成組件，壓縮該組件以形成預製件，加熱該預製件以形成生預製件，燒結該生預製件以形成透明釔鋁石榴石。該方法可以用於形成單一的具有不同透明段的陶瓷產品，以及具有沿產品一部分厚度的摻雜梯度的透明陶瓷產品。
文檔編號H01S3/16GK101855187SQ200880107037
公開日2010年10月6日 申請日期2008年9月12日 優先權日2007年9月14日
發明者亞當·J·史蒂文森, 伊莉莎白·R·庫佩, 加尼亞·Y·賈萬達, 加裡·L·梅辛, 李尚浩 申請人:賓夕法尼亞州立大學研究基金會