本發明屬于光功能彈性陶瓷，具體涉及一種高彈性rag:w彈性陶瓷、制備方法與應用。

背景技術：

1、傳統的透明材料如玻璃，雖具有良好的光學透明性，但脆性大、抗沖擊性能差，在受到外力時容易破裂，限制了其在一些特殊領域的應用。而陶瓷通常具有較高的硬度和強度，然而普通陶瓷的透過率欠佳且缺乏彈性，難以滿足對光學性能與機械性能綜合要求較高的場景，限制了其在一些特殊領域的發展。

2、隨著科技的發展，在光學傳感器領域，對于既具備高透過率又擁有彈性的材料需求日益增長。例如在精密光學傳感器的封裝等方面，材料需要能夠在保證光線良好透過的同時，承受一定的機械變形而不發生損壞。彈性陶瓷正是為了克服傳統材料的局限而研發的新型材料，其能夠整合陶瓷與透明材料的優點，通過特殊的制備工藝與成分設計，使其在具有較高透過率的基礎上，還具備類似橡膠的彈性變形能力，從而拓展了材料在多領域的應用潛力并推動相關技術的進一步發展。

3、彈性陶瓷，將傳統的光學陶瓷的彈性較差的觀念給打破，由此開辟出了一個陶瓷制備和應用的全新領域。彈性陶瓷，因其具有優異的性能使得其在許多領域具有潛在的應用，近年來越來越受到學者和科學家的關注。

4、si等(chemical?engineering?journal,?2022,?433,?133628.)使用復合相zro2-yo1.5-tao2.5陶瓷，研究m-ytao4相與t-zro2相對陶瓷彈性模量的影響，彈性模量最高達到112.8gpa。這表明了彈性陶瓷擁有巨大的潛力，但是最終的結果未達到一個良好的彈性性能的數據。

5、中國專利(cn?118580081?a)公布了一種高彈性模量的硅-碳化硅陶瓷，其通過干壓成型或者等靜壓成型或者澆筑成型。而本方案采取的凝膠注模成型，相比于干壓成型可以制備復雜的形狀，相比于等靜壓成型擁有更低的成本，相比于澆筑成型用更高的生產效率。

6、中國專利(cn?116768648?a)公布了一種三維網絡微納結構硅基前驅體超高溫彈性陶瓷、制備方法和應用，其主要應用于航空航天、化工冶金和核能發電領域。中國專利(cn114956858?a)公布了一種層狀彈塑性氮化硅陶瓷及其制備方法，其主要應用目的為陶瓷發動機、戰斗機噴管等領域應用。中國專利(cn118957885?a)公布了一種彈性陶瓷納米纖維膜材料的制備方法，其主要應用于國防軍工、航空航天、柔性電子等領域。中國專利(cn118109967?a)公布了一種卷曲纖維構成的彈性陶瓷納米纖維膜、其制備方法及應用，其主要應用于航空航天、國防軍事等領域。本發明應用于光學傳感器領域。

7、綜上所述，有必要去聚焦于陶瓷功能體系的彈性問題，實現陶瓷的優良彈性性能在光學儀器上的應用，這對于解決光學傳感器封裝保護問題具有重要意義。

技術實現思路

1、為了解決上述問題，本發明提出了一種高彈性的rag:w彈性陶瓷的制備方法與應用。本發明制備得到的rag:w彈性陶瓷具備大尺寸、復雜形狀、彈性性能好的特點，該彈性陶瓷的?r與w的不同組合可以應用于不同的場合。本發明的制備方法具有工藝簡單、可控性好、無需燒結助劑、燒結條件相對較簡單，易于操作和生產等優點。

2、為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

3、一種高彈性的rag:w彈性陶瓷，彈性陶瓷的原料成分為rag與w的氧化物，其中，rag的化學式為r3al5o12，擁有立方石榴石結構，r為可以在釔鋁石榴石立方結構中，可以取代釔在石榴石立方結構中位置而又可以使立方石榴石結構穩定的元素，例如釓（gd）、鏑（dy）或镥（lu）等，w為銪（eu3+）、鐿（yb3+）或釹（nd3+）中的至少一種，所述的彈性陶瓷的彈性模量為300-400mpa。

4、本發明所述的高彈性的rag:w彈性陶瓷的制備方法，在成分為r3al5o12的主要成分中，引入w，形成rag:w彈性陶瓷。利用am?凝膠注模結合無機碳酸鈣低聚物(cco)與有機共價硫辛酸(ta)的方法制備彈性陶瓷，采用凝膠注模制備陶瓷素坯時，單體為丙烯酰胺(am)；交聯劑為?n,n’-亞甲基雙丙烯酰胺(mbam)；分散劑為檸檬酸銨(tac)；ph調節劑四甲基氫氧化銨?(tmah)；引發劑為過硫酸銨溶液(aps)；具體包括以下步驟：

5、（1）制備rag:w前驅體粉末：將w的氧化物粉體w2o3、r的氧化物粉體r2o3和氧化鋁粉al2o3按照一定的化學計量比混合得到氧化物混合粉，經過球磨、干燥、研磨過篩后得到細化粉末，將cco添加到ta的乙醇溶液中，將含有cco和ta的乙醇溶液添加入細化粉末中，然后將細化粉末一次煅燒得到rag:w粉體混合物，再降至室溫后將rag:w粉體混合物進行上述同樣的球磨、干燥、研磨過篩，再將研磨過篩后的粉末二次煅燒，最終得到均勻、燒結活性好的rag:w前驅體粉末；

6、（2）制備漿料：將步驟（1）得到的rag:w前驅體粉末加入到球磨罐中，將氧化鋁磨球和去離子水裝入球磨罐中，然后加入單體丙烯酰胺與交聯劑n,n’-亞甲基雙丙烯酰胺、分散劑檸檬酸銨以及ph調節劑四甲基氫氧化銨溶液進行球磨，得到漿料；

7、（3）制備素坯：等待步驟（2）的漿料球磨分散均勻，用漏網將漿料倒入除泡罐中，加入催化劑，放入真空除泡機除泡后，加入引發劑，攪拌均勻，避免引入氣泡，然后注入模具中，在干燥箱中靜置干燥得到陶瓷素坯，干燥后進行脫模處理，將脫模好的素坯放入馬弗爐中進行排膠；

8、（4）制備rag:w彈性陶瓷：將步驟（3）得到的排膠后的陶瓷放入真空燒結爐中，燒結得到純相彈性陶瓷，將純相彈性陶瓷進行退火處理，并拋光，最終獲得rag:w彈性陶瓷。

9、進一步，所述步驟（1）中r的氧化物粉體r2o3、氧化鋁粉al2o3和w的氧化物粉體w2o3均為高純氧化物，粉體純度>99.9％，所述r2o3、al2o3、w2o3粉體的摩爾比為3:5:（0.01~0.1），碳酸鈣低聚物占氧化物混合粉的質量百分含量為1～3wt％,?有機共價硫辛酸占氧化物混合粉的質量百分含量為0.4～0.8wt％，乙醇溶液占氧化物混合粉的質量百分含量為5～10wt％。

10、進一步，所述步驟（1）中球磨采用以酒精為溶劑的尼龍球磨罐，球磨的球介質與氧化物混合粉的質量比為2:1，球磨的轉速為160～170r/min，球磨時間為20-24h；干燥溫度為70～80℃，干燥時間為20～24h；所述步驟（1）中，一次煅燒溫度為1100~1400℃，一次煅燒時間為2~4h，二次煅燒溫度為800~1000℃，二次煅燒時間為2~4h，一次煅燒和二次煅燒時的升溫速率為5～8℃/min，一次煅燒和二次煅燒時的降溫速率為5～10℃/min。

11、進一步，所述步驟（2）中，rag:w前驅體粉末分兩次加入到球磨罐中，球磨時間為3~5h，丙烯酰胺占rag:w前驅體粉末的質量百分含量為2～4wt％，n,n’-亞甲基雙丙烯酰胺占rag:w前驅體粉末的質量百分含量為0.1～0.2wt％，檸檬酸銨占rag:w前驅體粉末的質量百分含量為0.02～0.04wt％，四甲基氫氧化銨溶液中的四甲基氫氧化銨占rag:w前驅體粉末的質量百分含量為1.0～1.1wt％，所得漿料的固含量為45～55wt％。

12、進一步，所述步驟（3）中催化劑為四甲基乙二胺溶液，其中四甲基乙二胺溶液中的四甲基乙二胺占rag:w前驅體粉末質量的15~25wt%；引發劑為過硫酸銨溶液，過硫酸銨溶液中的過硫酸銨占rag:w前驅體粉末質量的3~5wt%；所述步驟（3）真空除泡機中除泡時間為30～60min；所述干燥是在40℃和80℃干燥箱分別干燥20～24h。

13、進一步，所述步驟（3）中，脫模后的素坯排膠的具體步驟是：先將素坯在120～200℃下燒6～8h，然后降至室溫，升、降溫速率為0.5～1℃/min；然后將素坯在400～500℃下排6～8h，再降至室溫，升、降溫速率為1～2℃/min；最后將素坯在700～800℃下排6～8h，再降至室溫，升、降溫速率為1～2℃/min。

14、進一步，所述步驟（4）中燒結時的真空度大于5.0?×10-4pa，具體為10-2～10-4pa，燒結溫度為1700～1900℃，燒結時間為10～12h。

15、進一步，所述步驟（4）中退火處理在空氣氣氛中進行，所述退火處理的溫度為1300～1500℃，退火時間為3～5h。

16、本發明還提供所述rag:w彈性陶瓷在光學傳感器領域的應用。傳統陶瓷雖然具有高硬度、出色的耐高溫性能和良好的化學穩定性等優點，但其脆性是一個明顯的缺陷。在光學傳感器封裝過程以及傳感器的使用過程中，可能會由于溫度變化、機械應力等因素產生應力。彈性陶瓷可以在一定程度上緩沖和吸收這些應力，減少應力對光學傳感器性能和結構的影響，提高傳感器的可靠性和穩定性。本發明提供的使用am凝膠注模成型工藝及無機碳酸鈣低聚物(cco)與有機共價硫辛酸(ta)制備的rag:w彈性陶瓷，實現了rag:w彈性陶瓷大尺寸、復雜形狀的制備，可滿足彈性陶瓷在光學傳感器封裝的應用要求。

17、本發明綜合了陶瓷的優勢，使用這種材料制造的產品在復雜多變的環境條件下能夠保持較好的性能。其可以為光學傳感器的內部敏感元件提供良好的機械支撐和保護，防止其在受到外力沖擊、振動或擠壓時發生損壞。當在一些便攜式光學傳感器設備中，設備不慎掉落時，彈性陶瓷封裝可以有效緩沖沖擊力，保護傳感器核心部件，減少設備維護和更換的頻率，從而提高整個系統的可靠性和經濟性。

18、與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

19、（1）本發明所提出的rag:w彈性陶瓷的制備方法，采用am凝膠注模成型工藝及無機碳酸鈣低聚物(cco)與有機共價硫辛酸(ta)方法，形成ta-cco雜合分子，制備彈性陶瓷。該材料能夠在一定程度上吸收和分散應力。當材料受到外力作用時，其可以通過彈性變形來緩沖力量，減少因應力集中而產生的裂紋擴展風險，這有助于提高材料的抗變形能力。其可以在承受壓力或沖擊力時，利用自身的彈性，像一個“緩沖器”一樣，避免結構因瞬間的巨大外力而損壞，從而延長材料和結構的使用壽命。彈性模量高達300-400mpa，其彈性性能遠遠優于一般陶瓷。

20、（2）本發明首次采用am凝膠注模成型工藝中添加無機碳酸鈣低聚物與有機共價硫辛酸形成ta-cco結構，從而去制備rag:w彈性陶瓷。彈性陶瓷能有效阻止裂紋的擴展，當材料出現微小裂紋時，其彈性可以吸收裂紋擴展的能量，使裂紋難以進一步延伸，從而避免材料突然斷裂。

21、（3）本發明方法中采用am凝膠注模成型工藝中添加無機碳酸鈣低聚物與有機共價硫辛酸制備的材料，其彈性使自身能夠在一定程度上抵抗變形，在受到外力（如輕微碰撞、溫度變化引起的應力等）時依然可以保持良好的光學性能，確保成像的清晰度和準確性。

22、（4）本發明方法中采用am凝膠注模成型工藝中添加無機碳酸鈣低聚物與有機共價硫辛酸制備的材料，其一般具有較低的熱膨脹系數。這意味著在溫度變化時，其尺寸變化較小?？梢栽诟邷丨h境下的電子設備中，使用彈性陶瓷作為基板材料，相比其他熱膨脹系數大的材料，能更好地保持電子元件之間的連接穩定性，防止因熱膨脹導致元件間接觸不良或線路損壞。

23、（5）本發明方法中采用am凝膠注模成型工藝中添加無機碳酸鈣低聚物與有機共價硫辛酸制備的材料，其具有一定的隔熱能力。能夠在高溫和低溫環境之間形成一道熱屏障，減緩熱量的傳遞?？梢杂行p少外部高溫對傳感器內部設備和結構的熱影響，保證設備在合適的溫度范圍內正常工作。