本發(fā)明涉及非氧化物透明陶瓷制備領(lǐng)域，具體來說，是涉及一種透明氟化鈣陶瓷的制備方法。

背景技術(shù)：

透明陶瓷的制備工藝與其他功能陶瓷材料制備工藝相似。但對于透明陶瓷，其制備工藝又具有其自身獨有的特點，特別是在粉末原料合成和陶瓷樣品材料燒結(jié)工藝兩個階段上。透明陶瓷制備要求在各個環(huán)節(jié)中最大限度的將透明陶瓷樣品中氣孔、雜質(zhì)及第二雜相等各種會對入射光線造成散射與吸收損失的缺陷降到最低，最終制備出高光學(xué)質(zhì)量的透明陶瓷。

在目前眾多制備技術(shù)中，熱壓燒結(jié)和放電等離子體燒結(jié)由于燒結(jié)過程中直接加壓是研究最多，也是能有效制備透明陶瓷的燒結(jié)技術(shù)，但都存在石墨模具滲碳的現(xiàn)象?，F(xiàn)有很多文獻研究如何控制制備過程中滲碳的問題，以放電等離子體燒結(jié)為例，放電等離子體燒結(jié)技術(shù)中必須用到導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好且強度高的石墨模具，但在快速升溫過程中，石墨模具中的碳以氣態(tài)形式滲入樣品中，導(dǎo)致樣品變黑不透明(參見文獻Morita K,Kim B N,Yoshida H,et al.Assessment of carbon contamination in MgAl₂O₄spinel during spark-plasma-sintering(SPS)processing[J].Journal of the Ceramic Society of Japan,2015,123(1442):983-988.)。Koji Morita研究了在MgAl₂O₄制備過程不同升溫速率下滲碳的情況，發(fā)現(xiàn)在10℃/min下滲碳最少(參見文獻Morita K,Kim B N,Yoshida H,et al.Assessment of carbon contamination in MgAl₂O₄spinel during spark-plasma-sintering(SPS)processing[J].Journal of the Ceramic Society of Japan,2015,123(1442):983-988.)。Ping Fu研究了樣品熱處理對透過率的影響，發(fā)現(xiàn)通過后期在空氣中熱處理將碳燒掉可以有效將樣品中的黑色碳除掉，提高透過率(參見文獻Fu P,Xu Y,Shi H,et al.The effect of annealing process on the optical and microwave dielectric properties of transparent MgAl₂O₄ceramics by spark plasma sintering[J].Optical Materials,2014,36(7):1232-1237.)。但根據(jù)最新研究發(fā)現(xiàn)空氣中熱處理除掉碳后會殘余很多氣孔，這些氣孔由于氣相的折射率很低，僅約等于1，所以氣孔的增加將引起陶瓷材料透明度的降低，雖然消除了碳雜質(zhì)，但增加了氣孔，最終透過率會提高一些但并不可能達到理論值(參見文獻Morita K,Kim B N,Yoshida H,et al.Influence of pre-and post-annealing on discoloration of MgAl₂O₄spinel fabricated by spark-plasma-sintering(SPS)[J].Journal of the European Ceramic Society,2015.)。Liqiong An研究了添加劑LiF對Lu₂O₃透明陶瓷的燒結(jié)及光學(xué)性能的影響，通過LiF與碳反應(yīng)，可有效阻止?jié)B碳，提高透過率(參見文獻An L,Ito A,Goto T.Effect of LiF addition on spark plasma sintering of transparent Nd-doped Lu₂O₃bodies[J].Journal of Asian Ceramic Societies,2014,2(2):154-157.)。

2014年Shi Chen采用SPS制備的CaF₂透明陶瓷較黑，且只測了紅外波段透過率，透過率最高值為70％，有較多吸收峰。(參見文獻Chen S,Wu Y.Influence of temperature on the spark plasma sintering of calcium fluoride ceramics[J].Journal of Materials Research,2014,29(19):2297-2302.)。2014年Tarak Kallel等采用氧化鋁粉末將CaF₂與石墨模具隔離接觸，并進行熱壓燒結(jié)，效果并不好(參見文獻Kallel T,Hassairi M A,Dammak M,et al.Spectra and energy levels of Yb³⁺ions in CaF₂transparent ceramics[J].Journal of Alloys and Compounds,2014,584:261-268.)。氧化物透明陶瓷可以通過后期熱處理將石墨燒掉，但非氧化物透明陶瓷由于易被氧化，無法通過空氣中熱處理除碳，且控制升溫速率還是會有滲碳，添加劑的加入則是人為得加了雜質(zhì)相，都不太可能制備出光學(xué)性能接近理論值的透明陶瓷。

綜上所述，采用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)制備透明陶瓷都會產(chǎn)生不可忽視的滲碳污染。因此，為獲得光學(xué)性能好、透過率高的氟化鈣透明陶瓷，必須從源頭上解決滲碳問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明旨在提供一種阻止放電等離子體燒結(jié)制備透明陶瓷過程中滲碳的方法，以消除滲碳對陶瓷光學(xué)性能的影響，提高陶瓷的透過率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種透明氟化鈣陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)粉末原料裝樣：先用金屬箔包裹石墨模具內(nèi)壁，再將氟化鈣粉末裝入石墨模具中，并用碳氈包裹模具外壁以隔熱；

2)透明陶瓷的燒結(jié)：將石墨模具放于放電等離子體燒結(jié)爐中，進行燒結(jié)；

3)樣品處理：將燒結(jié)后樣品取出，粗磨、拋光，即得到透明氟化鈣陶瓷。

按上述方案，步驟1)中氟化鈣原料粉純度為99.99％。

按上述方案，步驟1)中采用金屬箔厚度為0.01mm～0.05mm。

按上述方案，步驟2)燒結(jié)的工藝條件是：真空度≤20Pa、燒結(jié)溫度1000～1300℃、壓力20～100MPa、保溫時間10～30min。

按上述方案，步驟2)中升溫速率為20℃/min～100℃/min。

按上述方案，步驟1)中采用的金屬箔為金屬鉬箔、鉭箔或鎳箔。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：通過將氟化鈣原料與石墨模具用金屬箔隔開，從而避免了燒結(jié)過程中原料與石墨直接接觸而產(chǎn)生滲碳現(xiàn)象，有利于制備高純無雜質(zhì)的氟化鈣陶瓷。實驗證明：采用本發(fā)明，可消除碳污染，提高氟化鈣透明陶瓷的透光率，在紫外－可見波段最大透過率可大于87％，克服了傳統(tǒng)放電等離子體燒結(jié)技術(shù)中由于石墨模具高溫下滲碳導(dǎo)致的碳污染樣品的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中所述的放電等離子體燒結(jié)爐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中所述的加了金屬箔的石墨模具的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例1所制備的氟化鈣透明陶瓷與傳統(tǒng)方法制備的陶瓷的對比圖；

圖4為本發(fā)明實施例1所制備的氟化鈣透明陶瓷透過率與傳統(tǒng)方法制備的陶瓷的對比圖。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例和附圖進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實施例。

實施例1

1)粉末原料裝樣：如圖2，先用厚度為0.025mm的金屬鉬箔1包裹石墨模具內(nèi)壁，再將氟化鈣粉末2裝入石墨模具3中，并用碳氈包裹模具外壁以隔熱；

2)透明陶瓷的燒結(jié)：將石墨模具放于如圖1所示放電等離子體燒結(jié)爐中，抽真空至20Pa，以100℃/min升溫至1100℃，加壓100MPa，保溫10min；

3)樣品處理：待樣品自然冷卻后，將樣品取出，先采用不同型號砂紙粗磨后，在自動拋光機上，用金剛石拋光液進行雙面拋光，即得到厚度1mm的透明氟化鈣陶瓷。

如圖3所示加了鉬箔制備的氟化鈣透明陶瓷純凈透明，下面的字清晰可見。如圖4所示加了鉬箔制備的透明陶瓷在200～1100nm范圍內(nèi)最大透過率為86.5％。

實施例2

1)粉末原料裝樣：先用厚度為0.025mm的金屬鎳箔包裹石墨模具內(nèi)壁，再將氟化鈣粉末裝入石墨模具中，并用碳氈包裹模具外壁以隔熱；

2)透明陶瓷的燒結(jié)：將石墨模具放于放電等離子體燒結(jié)爐中，抽真空至20Pa，以100℃/min升溫至1100℃，加壓100MPa，保溫10min；

3)樣品處理：待樣品自然冷卻后，將樣品取出，先采用不同型號砂紙粗磨后，在自動拋光機上，用金剛石拋光液進行雙面拋光，即得到透明氟化鈣陶瓷。

實施例3

1)粉末原料裝樣：先用厚度為0.025mm的金屬坦箔包裹石墨模具內(nèi)壁，再將氟化鈣粉末裝入石墨模具中，并用碳氈包裹模具外壁以隔熱；

2)透明陶瓷的燒結(jié)：將石墨模具放于放電等離子體燒結(jié)爐中，抽真空至20Pa，以100℃/min升溫至1200℃，加壓100MPa，保溫20min；

3)樣品處理：待樣品自然冷卻后，將樣品取出，先采用600目砂紙粗磨后，在自動拋光機上，用金剛石拋光液進行雙面拋光，即得到透明氟化鈣陶瓷。

最后有必要再次說明的是：以上實施例只用于對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細地說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護范圍。