本发明属于先进陶瓷领域，涉及一种大尺寸超薄透明陶瓷的制备方法，具体涉及一种基于isobam凝胶体系制备增韧大尺寸超薄yag透明陶瓷素坯的方法。
背景技术：
yag透明陶瓷具有陶瓷固有的耐高温、耐腐蚀、高绝缘、高强度等特性，又具有玻璃的光学性能，在照明显示技术、光学技术、特种仪器制造、无线电子学、信息探测、高温技术以及军事工业等领域应用前景广阔。特别是在显示领域，可用于各种可见光和红外光透光窗口和各种设备的显示面板，并且yag作为基质材料，可以制备新一代荧光材料。其中大尺寸超薄件yag(基)陶瓷可用于侧光式led背光源设计，以及代替原有触摸屏行业的超薄玻璃。因此，制备高光学质量的大尺寸超薄yag透明陶瓷具有广阔的应用前景。
传统的干压成型在大尺寸极薄条件下极易发生不均匀、开裂、变形等缺陷；注射成型由于有机物较多肯定会影响yag陶瓷的光学质量；流延成型需要昂贵的流延机，且有机流延由于所使用的添加剂含有一定的毒性会对人体带来伤害和环境污染。
而凝胶注模成型是继注浆成型、流延成型之后发展起来的一种近净尺寸成型工艺，由美国橡树岭国家实验室研制开发成功。其工艺的特点是：陶瓷粉末分散在有机单体溶液中，有机单体在引发剂作用下，发生原位聚合反应形成网状结构将陶瓷粉末包裹其中，成为硬实的坯体。凝胶注模成型由于具有素坯强度高、无需复杂和昂贵设备等优势将成为制备大尺寸超薄yag陶瓷的首选。特别是isobam凝胶体系，由于所使用的isobam为异丁烯和马来酸酐的交替共聚物，可作为凝胶剂又可为分散剂，无毒绿色，优势明显。
然而，针对大尺寸超薄件的成型要求，isobam凝胶体系面临如下成型困难：(1)薄片厚度≤0.5mm，水的张力将阻碍浆料注入模具；(2)坯片成型后难于脱模，韧性不足；(3)坯片平整度仍需进一步提高。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于isobam凝胶体系制备增韧大尺寸超薄yag透明陶瓷素坯的方法，工艺简单环保，且制得的陶瓷素坯韧性明显，致密性及均匀性好。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于isobam凝胶体系制备增韧大尺寸超薄yag透明陶瓷素坯的方法，具体步骤如下：
步骤一、按照化学式y3al5o12中各元素的化学计量比分别称量y2o3粉体、al2o3粉体作为陶瓷粉体；将称量好的陶瓷粉体、烧结助剂、分散剂a、磨球、无水乙醇按一定比例混合球磨，得混合浆料；将所述混合浆料烘干，并过200目筛，然后将过筛后的粉体置于马弗炉中煅烧，得到凝胶注模成型的原料粉；
步骤二、将去离子水、isobam104溶液、分散剂b、增塑剂、磨球和所述原料粉按一定比例混合球磨，用ph调节剂调节体系ph值为10～12，制得固含量70～80wt.％的yag陶瓷浆料；
步骤三、将步骤二得到的yag陶瓷浆料置于真空条件1～2torr下除气2～5min；然后将真空除泡后的yag浆料采用压力注射法浇注到模具中，在室温下自然凝胶固化12～24h，所述模具为平整度≤0.001mm的玻璃板组合模具，在上下两块玻璃板之间夹有精密加工的超薄垫条以控制陶瓷坯体的厚度；
步骤四、凝胶固化后的陶瓷素坯从模具中缓慢取出，依次进行干燥处理和排胶处理，得到yag陶瓷素坯。
优选的，步骤一中，所述烧结助剂为氧化镁(mgo)和正硅酸乙酯(teos)，所述烧结助剂的加入量为原料粉体总质量的0.1～0.5wt.％，所述分散剂a为聚醚酰亚胺(pei)，所述分散剂a的加入量为原料粉体总质量的0.1～0.8wt.％，所述磨球为高纯al2o3磨球，所述磨球与原料粉体总质量比为1～3:1。
优选的，步骤一中，所述的烘干温度为50～60℃，烘干时间24～48h；所述煅烧的具体过程为：从室温升温到700～900℃，升温速率为2～3℃/min，保温6～8h，然后降温到室温～100℃，降温速率为1～3℃/min。
优选的，步骤二中，所述的isobam104溶液的加入量为所述原料粉总质量的2.5～5wt.％；所述的分散剂b为柠檬酸铵、聚丙烯酸、聚乙二醇中的一种，分散剂b的加入量为所述原料粉总质量的0.2～0.5wt.％；所述的增塑剂为甘油或乙二醇，加入量为原料粉总质量的1～5wt.％；所述的ph调节剂为氨水或四甲基氢氧化铵。
优选的，步骤四中，所述干燥的具体步骤是：在25～35℃温度下保温24～72h；再升温至55～80℃，保温24～72h；所述排胶的具体步骤是：室温下以0.5～2℃/min的速率升温至400～500℃，保温4～8h，再以0.5～2℃/min升温到800～900℃，并保温4～8h。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明提供的采用压力注射法浇注模具克服了原有技术中由于水的张力带来极薄厚度难于浇注的问题，并用精密加工的超薄垫条来控制陶瓷坯体的厚度，既控制了平整度又保证了厚度。
2.本发明提供的一种isobam凝胶体系制备增韧大尺寸超薄yag透明陶瓷素坯件的方法，采用含有增塑剂的isobam陶瓷浆料注入到玻璃板组合模具中，增塑剂的加入确保了超薄件在干燥过程中不易开裂，且容易脱模，这种方法简单高效。
附图说明
图1为未加入增塑剂时的实物图，isobam凝胶后在脱模过程中发生了大范围的开裂现象。
图2为本发明实施例1加入增塑剂后的增韧的陶瓷素坯实物图。
图3为本发明实施例3加入增塑剂后且完全干燥后的的超薄大尺寸陶瓷素坯实物图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
以下实施例中所使用的原料粉体均为高纯(≥99.99％)粉体。以下实施例中所使用的玻璃板组合模具包括上下两块平整度≤0.001mm的玻璃板，两块玻璃板之间夹有精密加工的超薄垫条以控制陶瓷坯体的厚度。
实施例1：
(1)按照y3al5o12分子式的化学计量比分别称量纳米级的y2o3粉体71.324g，al2o3粉体为53.676g，将上述氧化物原料粉体放入高纯的氧化铝陶瓷球磨罐中，加入375g高纯氧化铝磨球，并加入烧结助剂mgo和teos、分散剂pei、无水乙醇配制浆料；在行星式球磨机上以转速160r/min，球磨15h；得到的混合浆料a再在60℃下干燥24h后过100目筛网3遍，将过筛后的粉体置于马弗炉中煅烧，煅烧过程为从室温升到700℃，升温速率2℃/min，保温6h，然后自然降温到室温，作得的粉料为凝胶注模的原料粉。然后在球磨罐中加入去离子水、isobam104溶液、分散剂柠檬酸铵、高纯氧化铝磨球和甘油增塑剂1.5g，最后加入所述原料粉，用四甲基氢氧化铵调ph值为10，初步搅拌10min后再进行球磨混合，球磨转速为250r/min，球磨时间为60min，得固含量80wt.％的混合浆料b；即为凝胶注模所用的浆料；所制得的浆料流动性良好，固含量高。
(2)将步骤(1)得到的凝胶浆料进行除泡处理，条件均为：真空环境1torr下除气2min；然后将yag浆料采用注射器法浇注到玻璃板组合模具中，在室温下自然凝胶固化12h。
(3)完全凝胶化后的陶瓷素坯从模具中缓慢取出，放入烘箱中，25℃下保温24h；再升温到55℃保温24h。干燥完成后进行排胶，室温下以0.5℃/min的速率升温至400℃，保温4h，再以0.5℃/min升温到800℃，并保温4h，有效的去除有机物。
图2为实例1加入增塑剂后的增韧的陶瓷素坯实物图。凝胶素坯的形貌完好，整体均匀，无裂痕或断裂，并有一定的强度和韧性。图1为对比例实物图，其过程与实施例1的制备过程相同，不同的是未加入增塑剂，可以看到isobam凝胶后在脱模过程中发生了大范围的开裂现象。
实施例2：
(1)按照y3al5o12分子式的化学计量比分别称量纳米级的y2o3粉体71.324g，al2o3粉体为53.676g，将上述氧化物原料粉体放入高纯的氧化铝陶瓷球磨罐中，加入125g高纯氧化铝磨球，并加入烧结助剂mgo和teos、分散剂pei、无水乙醇配制浆料；在行星式球磨机上以转速120r/min，球磨24h；得到的混合浆料a再在50℃下干燥48h后过100目筛网3遍，将过筛后的粉体置于马弗炉中煅烧，煅烧过程为从室温升到900℃，升温速率3℃/min，保温8h，然后自然降温到100℃，作得的粉料为凝胶注模的原料粉。然后在球磨罐中加入去离子水、isobam104溶液、分散剂为聚乙二醇、高纯氧化铝磨球和增塑剂为乙二醇6g和甘油0.25g混合物，最后加入所述原料粉，用四甲基氢氧化铵调ph值为12，初步搅拌30min后再进行球磨混合，球磨转速为350r/min，球磨时间为20min，得固含量75wt.％的混合浆料b；即为凝胶注模所用的浆料；所制得的浆料流动性良好，固含量高。
(2)将步骤(1)得到的凝胶浆料进行除泡处理，条件均为：真空环境2torr下除气5min；然后将yag浆料采用气压机辅助的方法浇注到玻璃板组合模具中，在室温下自然凝胶固化24h。
(3)完全凝胶化后的陶瓷素坯从模具中缓慢取出，放入烘箱中完全凝胶化后放入烘箱中，35℃下保温72h；再升温到80℃保温72h。干燥完成后进行排胶，室温下以2℃/min的速率升温至500℃，保温8h，再以2℃/min升温到900℃，并保温8h，有效的去除有机物。得到无缺陷的yag陶瓷素坯并有一定的强度和韧性。
实施例3：
(1)按照y3al5o12分子式的化学计量比分别称量纳米级的y2o3粉体71.324g，al2o3粉体为53.676g，将上述氧化物原料粉体放入高纯的氧化铝陶瓷球磨罐中，加入250g高纯氧化铝磨球，并加入烧结助剂mgo和teos、分散剂pei、无水乙醇配制浆料；在行星式球磨机上以转速150r/min，球磨20h；得到的混合浆料a再在55℃下干燥36h后过200目筛网3遍，将过筛后的粉体置于马弗炉中煅烧，煅烧过程为从室温升到800℃，升温速率2℃/min，保温7h，然后自然降温到50℃，作得的粉料为凝胶注模的原料粉。然后在球磨罐中加入去离子水、isobam104溶液、分散剂聚丙烯酸铵、高纯氧化铝磨球和增塑剂乙二醇5g，最后加入所述原料粉，用氨水调ph值为11，初步搅拌20min后再进行球磨混合，球磨转速为350r/min，球磨时间为40min，得固含量70wt.％的混合浆料b；即为凝胶注模所用的浆料；所制得的浆料流动性很好，粘度小。
(2)将步骤(1)得到的凝胶浆料进行除泡处理，条件均为：真空环境1.5torr下除气3min；然后将yag浆料采用引导注射的方法浇注到玻璃板组合模具中，在室温下自然凝胶固化18h。
(3)完全凝胶化后的陶瓷素坯缓慢从玻璃板组会模具中取出，放入烘箱中完全凝胶化后放入烘箱中，30℃下保温48h；再升温到70℃保温48h。干燥完成后进行排胶，室温下以1℃/min的速率升温至450℃，保温6h，再以1℃/min升温到850℃，并保温6h，有效的去除有机物。凝胶素坯的形貌完好，有韧性。
图3为本发明实施例3加入增塑剂后且完全干燥后的的超薄大尺寸陶瓷素坯实物图。可以看到素坯的厚度仅为0.50mm，而且尺寸较大，形貌完好，整体均匀，无裂痕或断裂，并有一定的强度和韧性。
1.一种基于isobam凝胶体系制备增韧大尺寸超薄yag透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、按照化学式y3al5o12中各元素的化学计量比分别称量y2o3粉体、al2o3粉体作为陶瓷粉体；将称量好的陶瓷粉体、烧结助剂、分散剂a、磨球、无水乙醇按一定比例混合球磨，得混合浆料；将所述混合浆料烘干，并过200目筛，然后将过筛后的粉体置于马弗炉中煅烧，得到凝胶注模成型的原料粉；
步骤二、将去离子水、isobam104溶液、分散剂b、增塑剂、磨球和所述原料粉按一定比例混合球磨，用ph调节剂调节体系ph值为10～12，制得固含量70～80wt.％的yag陶瓷浆料；
步骤三、将步骤二得到的yag陶瓷浆料置于真空条件1～2torr下除气2～5min；然后将真空除泡后的yag浆料采用压力注射法浇注到模具中，在室温下自然凝胶固化12～24h，所述模具为平整度≤0.001mm的玻璃板组合模具，在上下两块玻璃板之间夹有精密加工的超薄垫条以控制陶瓷坯体的厚度；
步骤四、凝胶固化后的陶瓷素坯从模具中缓慢取出，依次进行干燥处理和排胶处理，得到yag陶瓷素坯。
2.根据权利要求1所述的一种基于isobam凝胶体系制备增韧大尺寸超薄yag透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述烧结助剂为氧化镁和正硅酸乙酯，所述烧结助剂的加入量为原料粉体总质量的0.1～0.5wt.％，所述分散剂a为聚醚酰亚胺，所述分散剂a的加入量为原料粉体总质量的0.1～0.8wt.％，所述磨球为高纯al2o3磨球，所述磨球与原料粉体总质量比为1～3:1。
3.根据权利要求1所述的一种基于isobam凝胶体系制备增韧大尺寸超薄yag透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，步骤一中，所述的烘干温度为50～60℃，烘干时间24～48h；所述煅烧的具体过程为：从室温升温到700～900℃，升温速率为2～3℃/min，保温6～8h，然后降温到室温～100℃，降温速率为1～3℃/min。
4.根据权利要求1所述的一种基于isobam凝胶体系制备增韧大尺寸超薄yag透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，步骤二中，所述的isobam104溶液的加入量为所述原料粉总质量的2.5～5wt.％；所述的分散剂b为柠檬酸铵、聚丙烯酸、聚乙二醇中的一种，分散剂b的加入量为所述原料粉总质量的0.2～0.5wt.％；所述的增塑剂为甘油或乙二醇，加入量为原料粉总质量的1～5wt.％；所述的ph调节剂为氨水或四甲基氢氧化铵。
5.根据权利要求1所述的一种基于isobam凝胶体系制备增韧大尺寸超薄yag透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，步骤四中，所述干燥的具体步骤是：在25～35℃温度下保温24～72h；再升温至55～80℃，保温24～72h；所述排胶的具体步骤是：室温下以0.5～2℃/min的速率升温至400～500℃，保温4～8h，再以0.5～2℃/min升温到800～900℃，并保温4～8h。
技术总结