Ce3+掺杂CaF2/BaF2透明陶瓷的制备及性能研究

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以硝酸钙、硝酸铈、氟化钾为原料,以去离子水为介质,采用共沉淀法制备掺铈氟化钙纳米粉体。使用x射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜及荧光光谱仪等手段表征样品的物相,形貌及光谱特性,分析煅烧温度对粉体光学性能的影响。结果表明:Ce3+掺杂后CaF2的晶格参数发生改变,XRD图谱中(200)晶面的显现说明Ce3+进入晶格结构。CaF2-CeF3的固溶体可以用CexCa1-xF2+x的组成表述,其在掺杂浓度低于10%时保持氟化钙的萤石型晶格结构。得到的样品形貌为近似球形,平均粒径尺寸为25nm。吸收光谱的测试表明,CaF2/Ce3+:CaF2的吸收峰位于206nm、264nm及290nm。其中206nm属于基体及Ce3+共同的吸收峰,290nnm属于Ce3+的特征吸收峰。Ce3+:CaF2的激发峰位于306nm,发射峰中318nm属于5d1→2F5/2的跃迁,336nm属于5d1→2F7/2的能级跃迁。掺量大于5%时,出现浓度猝灭现象。煅烧温度为200℃时,粉体的荧光强度最高。为探寻制备Ce3+:BaF2透明陶瓷的新工艺,取代之前以粉晶为原料制备透明陶瓷的方法。本文采用沉淀法制备Ce3+:BaF2纳米粉体,研究不同反应顺序和F-浓度对制备Ce3+:BaF2粉体的影响。采用XRD,SEM,TEM,DSC-TG,ICP,FTIR等分析手段对粉体性质进行表征。结果表明:反向顺序的粉体为较完整的晶型结构,Ce3+进入晶格结构后引起衍射峰的低角度偏移;晶粒尺寸随反应F-浓度的增加下降,晶粒形貌从长条状逐渐转变为立方片状,-反应浓度为a3获得粒度分布均匀、分散性较高的粉体样品;Ce3+掺杂浓度超过a4后,沉淀中有BaCeOF3杂相生成;ICP测试表明稀土离子实际掺杂量接近理论值;吸收光谱为Ce3+特征吸收峰。以沉淀法制备的Ce3+:BaF2粉体为原料,本文采用热压法制备Ce3+:BaF2透明陶瓷。最终于温度T2,压力30Mpa条件下制备出Ce3+:BaF2多晶透明陶瓷。陶瓷表面腐蚀照片显示晶界清晰,无第二相粒子存在。烧结温度为T1时陶瓷中含有较多的晶粒内闭气孔,T3下烧结的样品气孔存在于晶界。X射线激发发光谱(XLE)测试结果表明BaF2陶瓷Ce3+较佳掺杂量为0.1%,小于其晶体中的掺杂量,发光产额为未掺杂样品的1.5倍;2mm厚度样品发光产额高于1.5mm厚度样品。紫外激发发光谱与X射线激发发光谱结果相似,其衰减时间随掺杂浓度的增加而降低。
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