稀土离子掺杂在不同的基质材料中可以形成多种多样的发光材料,目前这些稀土发光材料在白光LED照明、平板显示、光电探测等领域发挥着重要的作用。熔融-晶化法制备的Na₂O-Y₂O₃-P₂O₅-SiO₂系磷硅酸盐玻璃陶瓷是稀土离子上转换发光优良的基质材料之一。磷硅酸盐玻璃陶瓷的氧化物玻璃网络中均匀分布着磷酸盐晶相,它不仅具有氧化物玻璃陶瓷高的化学稳定性和机械强度,同时具有磷酸盐基质中稀土离子发光效率及发光强度高的特点。因此,研究稀土掺杂Na₂O-Y₂O₃-P₂O₅-SiO₂系磷硅酸盐玻璃陶瓷的制备与上转换发光性能具有重要意义。采用正交试验法优化前驱体玻璃的配方,确定Na₂O-Y₂O₃-P₂O₅-SiO₂系前驱体玻璃样品的最佳组成。采用熔融-晶化法制备Tb³⁺-Yb³⁺、Ho³⁺-Yb³⁺和Er³⁺-Yb³⁺共掺杂含Na_3.6Y_1.8（PO₄）₃晶相的磷硅酸盐玻璃陶瓷。通过讨论热处理温度和时间对稀土掺杂磷硅酸盐玻璃陶瓷样品晶粒平均尺寸、结晶度、晶粒分布和透过率的影响,确定Tb³⁺-Yb³⁺、Ho³⁺-Yb³⁺和Er³⁺-Yb³⁺共掺杂含Na_3.6Y_1.8（PO₄）₃晶相磷硅酸盐玻璃陶瓷样品的最佳热处理条件分别为:645℃/180 min、665℃/240 min和630℃/120 min。比较Na₂O-Y₂O₃-P₂O₅-SiO₂系前驱体玻璃和玻璃陶瓷样品的微观结构,由于玻璃陶瓷样品中有磷酸盐集团形成,导致玻璃陶瓷上转换发光强度和上转换发光量子效率增强。讨论Tb₄O₇和Ho₂O₃掺杂浓度对磷硅酸盐玻璃陶瓷上转换发光强度的影响,确定Tb₄O₇和Ho₂O₃的最佳掺杂浓度均为0.4 mol%。讨论Tb₄O₇/Yb₂O₃、Ho₂O₃/Yb₂O₃和Er₂O₃/Yb₂O₃掺杂浓度比不相同时,玻璃陶瓷样品的上转换发光强度和量子效率,确定最佳掺杂浓度比分别为2:5、1:2和1:7。确定Tb³⁺、Ho³⁺和Er³⁺离子上转换辐射均为双光子过程。计算Tb³⁺-Yb³⁺、Ho³⁺-Yb³⁺和Er³⁺-Yb³⁺双掺玻璃陶瓷样品上转换发光的色度坐标,Tb³⁺-Yb³⁺和Ho³⁺-Yb³⁺掺杂玻璃陶瓷样品辐射的光在绿光区域,Er³⁺-Yb³⁺掺杂玻璃陶瓷样品辐射的光在蓝绿光区域。运用体视学原理,计算磷硅酸盐玻璃陶瓷微观组织的三维显微结构参数。定量研究三维结构参数与玻璃陶瓷样品光透过率的关系表明:三维球当径（D_S）和单位体积晶粒的平均比表面积（S_V）增加,光透过率降低;单个晶粒的平均比表面积(S_VP)和三维自由距离（λ）增大,光透过率增加。因此,控制晶粒的形貌、晶粒的半径和晶粒之间的距离,可改善玻璃陶瓷样品的光透过率。利用差示扫描量热曲线获得磷硅酸盐玻璃陶瓷的相变点温度,采用形核热力学理论研究热处理温度与相变点温度的差值,即过热度对玻璃陶瓷中临界晶核数目的影响。结果表明:过热度越小,临界晶核数目越少。采用盒维数法计算磷硅酸盐透明玻璃陶瓷的分形维数,晶粒生长具有分形特征。采用分形动力学理论分析磷硅酸盐玻璃陶瓷的晶体生长过程,建立动力学参数h和晶体面积百分数的关系式。通过线性拟合,得到Er³⁺-Yb³⁺、Tb³⁺-Yb³⁺和Ho³⁺-Yb³⁺掺杂磷硅酸盐玻璃陶瓷的动力学参数h,并计算分形子谱维数d_S分别为:1.029、1.045和1.129。