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本论文采用组合材料技术,利用组合溶液喷射方法分别对堇青石系复合红外辐射粉体以及(YxLU1-x)3Al5O12:Ce(YLuAG:Ce)体系进行了样品库制备和并行快速表征,并对筛选的最优化成分进行了放大实验及应用探索,获得的研究结果如下:
第一类材料体系—红外辐射材料
1.通过复合材料成分设计,制备了Mg2Al4Si5O18-TiO2-ZrO2材料体系样品库,通过红外热成像技术对样品库进行并行快速表征,发现了红外辐射性能较好的样品点。
2.采用溶胶-凝胶法,制备了优选成分为Mg2+:Al3+:Si4+:Ti4+:Zr4+=2:4:6:5:1的红外辐射氧化物复合粉体,样品在～1200℃形成稳定的堇青石-金红石主晶相。对粉体红外辐射性能表征发现,样品在1～22μm宽波段内均具有很p高的红外发射率,且其红外辐射率在～10μm波带附近达到98％。
3.为了进一步提高红外辐射率并展宽高辐射波段,对红外辐射粉体分别进行了Fe、Ni元素掺杂和粉体细化的处理。结果表明:在全波段内红外辐射率有较明显提高,特别是对短波段红外辐射率的提高尤其显著;此外,从晶格畸变、杂质能级以及分子振动等理论出发对红外辐射率增强机理进行了研究。
4.作为应用探索研究,还制备了外辐射厚膜材料,并开展了红外辐射陶瓷烧结及红外理疗功能原型器件的设计与制备工作。
第二类材料体系—荧光材料
1.考虑Y/Lu固溶比例与Ce掺杂浓度对YAG体系发光闪烁性能的影响,用组合方法对(YxLu1-x-y)3Al5O12:Ce3y体系进行了快速筛选和并行表征,得到了两个最优化的成分点:(1)Y0.600Lu2.364Al5O12:Ce0.036;(2)Y1.200Lu1.791Al5O12:Ce0.009。同时对优选成分进行了放大验证实验,并对优选成分点附近的成分进行了样品制备。
2.依据组合优化的成分点,分别采用硝酸盐热解法、碳酸氢铵共沉淀法、柠檬酸盐燃烧法制备相应成分的粉体样品,对比了制备方法对粉体结晶、形貌、粒度,特别是发光、闪烁性能的影响。通过热释光试验对各种方法制备粉体的缺陷进行了分析对比。
3.采用分散剂对共沉淀法制备粉体的团聚状态进行了优化和改性。并将优化后的陶瓷粉体作为原料,通过陶瓷工艺在真空气氛下烧结透明陶瓷。对透明陶瓷的物相结构、微观形貌、发光闪烁性能等进行了表征。