專利名稱：多晶透明陶瓷制品及其制造方法
技術領域：
本發明一般性地涉及多晶透明陶瓷制品，特別涉及用于光學應用的镥基組合物。
背景技術：
陶瓷材料，如镥基光學組合物，在閃爍體、激光和圖像技術中有許多應用。光學應用經常需要材料的透明加工過的型態以減少由于散射和吸收的光損失。為此，加工過的型態一般要求有單相微結構。而且，在許多應用中要求材料在特殊波長范圍內發射光或其它電磁輻射。通過一種或更多種摻雜物的選擇性使用和通過調整材料中摻雜物的濃度，可以調節或“調諧”光學材料中例如發射的波長范圍和光轉化效率的光學特性。
當前應用經常使用單晶光學材料，它的制造相當昂貴和耗時。而且，由于在晶體形成期間摻雜的難度，單晶中的光學可調諧性經常難于實現。一個替代的方法是使用多晶材料。與單晶材料相比多晶材料更容易摻雜。多晶材料的性能和應用部分取決于可以繼而通過加工控制的組成材料的晶體的尺寸、形狀和形態。獲得透明形態的多晶陶瓷材料的加工可能需要暴露于高溫，期間想要的微結構可能由于諸如晶粒長大、相變和其它相關的機理等熱激活過程而劣化。因此，需要解決這些問題以提供一種有效、經濟和堅固的多晶光學組合物。
發明內容
本發明的實施方案針對這些和其它需要。根據一種實施方案，制品包含含有A型晶格位置和B型晶格位置的具有多晶結構的氧化物。該氧化物有ABO3的結構式，其中A表示占據A型晶格位置的材料，B表示占據B型晶格位置的材料。這里，A包括包括镥在內的許多元素，镥以至少為氧化物的約O. 5摩爾分數的量存在，B包括鋁。在這里給出的其它實施方案包括具有包含所述制品的發射介質的激光集合器，和包含含所述制品的閃爍體的圖像裝置。
當參考相應附圖閱讀下列詳細描述時，本發明的這些和其它特征、方面和優點將變得更透徹，其中圖I 是 Lua8GdYatl5AlO3 的 XRD 圖；和圖2是有大約200nm晶粒尺寸的Lua8Gdai5Yatl5AlO3的典型SEM照片。
具體實施例方式
作為這里使用的冠詞“一個”、“一種”和“該”應該被理解成表示“至少一個”。
作為這里使用的術語“約”應該被理解成表示正或負O. 001% (+/-0. 001% )0作為這里使用的術語“輻射”指電磁輻射的整個光譜。作為這里使用的術語“光”指電磁光譜的可見區。根據一個實施方案，提供了包括有A型晶格位置和B型晶格位置的多晶結構的氧化物的制品。該氧化物有ABO3的結構式，A表示占據A型晶格位置的材料，B表示占據B型晶格位置的材料。在一個實施方案中，A除了镥(Lu)之外還包括許多元素，B包括鋁(Al)。镥以至少為氧化物的約O. 5摩爾分數的量存在。除非特別指明，此后將用到的術語“ 制品”應該被理解成表示上面描述過的制品。除非特別指明，此后術語“氧化物”應該被理解成表示上面描述過的氧化物。氧化物中镥的高濃度有助于給予制品所需程度的密度。在許多光學應用中，高密度有助于材料的輻射阻止能力，這提高例如閃爍體等產品的性能。在某些實施方案中，Lu的濃度在約O. 5摩爾分數到約O. 995摩爾分數的范圍內。在特殊的實施方案中，Lu以在約O. 8到約O. 995摩爾分數的范圍內的量存在。在一個實施方案中，具有所述氧化物的所述制品在A型晶格位置除镥之外還包括稀土元素(RE)。在特殊的實施方案中，稀土元素包括釓(Gd)、鋱(Tb)和鐿(Yb)中的一個或多個。下面將討論，RE的加入可以幫助穩定想要的晶體結構。在一個實施方案中，RE的濃度大于約O. 005摩爾分數。在某些實施方案中，RE以約O. 005摩爾分數到約O. 5摩爾分
數的量存在。在某些實施方案中，含有氧化物的制品進一步包括例如釔(Y)的過渡金屬在A型晶格位置。釔的加入可以幫助獲得想要的晶體結構。更進一步，釔的存在可以降低制品的進一步加工需要的溫度。在一個實施方案中，釔的濃度大于約O. 005摩爾分數。在某些實施方案中，釔的濃度在約O. 005摩爾分數到約O. 5摩爾分數的范圍內。在具體的實施例中，除了已經存在于晶格中的镥，含有氧化物的制品還有濃度在約O. 0025摩爾分數到約O. 5摩爾分數范圍內的釔在A型晶格位置，和濃度在約O. 0025摩爾分數到約O. 5摩爾分數范圍內的另一種稀土元素在A型晶格位置。在特殊的實施方案中，釔的濃度在約O. 0025摩爾分數到約O. I摩爾分數的范圍內。氧化物中镥的濃度可以在約O. 5到約O. 995摩爾分數的范圍內。如上面描述過的，可以混合在ABO3中的合適稀土元素包括 Gd、Tb、Yb 和它們的組合。示例性組合物是 Lua5Ya25Gda25AlO3 和 Lu0.995Y0.0025Gd0.0025A103。制品的另一個示例性組合物包括Lua8Yaci5Gda 15A103。在一個實施方案中，結構式為ABO3的多晶氧化物有鈣鈦礦結構。有鈣鈦礦結構的材料是某些光學應用想要的。例如，在閃爍體探測器中具有鈣鈦礦結構的基質材料的使用與例如具有石榴石結構的基質材料相比能改善分散于基質材料中的摻雜物的衰減時間。而且，具有鈣鈦礦結構的材料改善閃爍體的阻止能力。鈣鈦礦結構通常由有A型晶格位置和B型晶格位置的通式為ABX3的組合物形成。這里用到的“A位置”或“A晶格位置”指具有陰離子配位大于9 (例如，舉例來說，那些有配位數12的位置)的鈣鈦礦晶格內的位置，“B位置”或“B晶格位置”指陰離子配位為6的鈣鈦礦晶格內的位置。鈣鈦礦結構的形成和穩定性大部分取決于組分離子的離子尺寸。作為眾所周知的鑭系收縮現象的結果，镥陽離子有不易于使其本身形成鈣鈦礦結構的尺寸。在A型晶格位置的其它元素的存在給予鈣鈦礦結構穩定性。確定鈣鈦礦結構穩定性的因素是所謂的容許系數，它由方程式
權利要求
1.ー種方法，所述方法包括 提供至少ー種金屬前體，其中所述至少ー種金屬前體選自氧化物、硝酸鹽、醋酸鹽和碳酸鹽； 形成所述至少ー種金屬前體的均勻化的前體溶液； 調整所述均勻化的前體溶液的PH至約O. 5到約5的范圍； 往所述均勻化的前體溶液中加入燃料，其中所述燃料包括甘氨酸、尿素和肼； 從所述均勻化的前體溶液中除去水以留下反應濃縮物； 使所述反應濃縮物燃燒以形成包含A型晶格位置和B型晶格位置的氧化物粉末，所述氧化物具有式ABO3，其中A表示占據A型晶格位置的材料，B表示占據B型晶格位置的材料，其中A包括多種元素，所述多種元素包括镥，其中所述镥以至少為所述氧化物的約O. 5摩爾分數的量存在；且其中B包括鋁；和 在晶粒生長添加劑的存在下對所述氧化物粉末進行燒結以形成燒結的陶瓷。
2.權利要求I的方法，所述方法進ー步包括 提供至少ー種摻雜物前體，其中所述至少一種摻雜物前體選自氧化物、硝酸鹽、醋酸鹽和碳酸鹽。
3.權利要求I的方法，所述方法進ー步包括加工所述粉末以形成固體透明陶瓷制品。
全文摘要
提出一種包括镥的多晶透明陶瓷制品。該制品包括結構式為ABO3、有A型晶格位置和B型晶格位置的氧化物。晶格位置A除镥之外還可進一步包括許多元素。B型晶格位置包括鋁。提供包括镥基制品的圖像裝置、激光集合器和閃爍體。同時提供制造上述制品的方法。
文檔編號C04B35/50GK102838352SQ20121035254
公開日2012年12月26日 申請日期2006年12月13日 優先權日2005年12月13日
發明者K.M.克里斯納, V.S.芬卡塔拉馬尼, M.馬諾哈蘭 申請人:通用電氣公司