稀土摻雜Y-,3-Al-,5-O-,12-、YAl-,3-(BO-,3-)-,4-材料的制備及性能研究.pdf

1、釔鋁石榴石（Y3Al5O12，YAG）和四硼酸鋁釔（YAl3（BO3）4，YAB）均具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能，作為發(fā)光粉基質(zhì)材料和激光基質(zhì)材料具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文分別對(duì)稀土離子摻雜的YAB和YAG材料進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，討論了粉體的制備工藝、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，取得的結(jié)果如下： 1、采用固相反應(yīng)法成功地合成了Nd：YAB粉體。系統(tǒng)地研究了組成、焙燒溫度、Nd3+摻雜濃度等主要影響因素與合成粉料性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明

2、，以Al2O3、 Y2O3、Nd2O3和過(guò)量40mol％的H38O3為原料，在1200℃保溫3h的條件下可合成Nd：YAB六方單相粉體，其平均顆粒尺寸約為2μm。隨著Nd3+摻雜離子濃度的增大，Nd：YAB晶格常數(shù)變大。當(dāng)Nd3+的摻雜量大于80%時(shí)，所合成的粉體變成NdAl3（BO3）4（NAB）單斜晶系。 2、采用硝酸鹽熱分解法，以Al2O3、 Y2O3、Nd2O3和H38O3（過(guò)量20mol%）為原料合成Nd：YAB粉體。

3、XRD結(jié)果表明：在1100℃保溫2h時(shí)可合成單相的Nd：YAB粉體，反應(yīng)合成時(shí)首先形成中間相Al4B2O9、YBO3和Y3Al5O12，最后形成單一的YAB相。 3、采用溶膠-凝膠燃燒法，以檸檬酸為絡(luò)合劑在1000℃的低溫下合成單相的Nd：YAB粉體，并對(duì)其凝膠化工藝和反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)硝酸鹽和檸檬酸的配比對(duì)合成過(guò)程中的相變化以及所合成粉體的粒度和形貌有較大的影響，當(dāng)二者的比值為1：1．5時(shí)，1100℃所合成Nd：YAB粉

4、體的粒度為800nm左右，且分散性較好。檸檬酸含量偏低或過(guò)高都會(huì)導(dǎo)致粉體顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重。 4、采用溶膠-凝膠燃燒法成功地合成了顆粒尺寸比較均勻，分散性較好的單相YAB：RE3+（RE=Eu，Tb）熒光粉，并對(duì)其在紫外（ultraviolet，UV）和真空紫外（vacuum ultraviolet，VUV）激發(fā)下的發(fā)光性質(zhì)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，YAB：RE3+（RE=Eu，Tb）熒光粉在UV和VUV下都有較大的吸收。在紫外激發(fā)下，Y

5、AB：Eu3+和YAB：Tb3+分別發(fā)出紅光和綠光，分別對(duì)應(yīng)于Eu3+離子的5Dn→7F2躍遷發(fā)射和Tb3+的5D4→7F5躍遷發(fā)射，并且隨著Eu3+離子（或Tb3+）摻雜量的增大和焙燒溫度的升高，樣品的發(fā)光強(qiáng)度先增大后減小。比較固相反應(yīng)法、硝酸鹽熱分解法和溶膠-凝膠燃燒法三種不同合成方法所合成的YAB：Eu3+熒光粉的發(fā)光性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)三種方法合成的熒光粉光譜性質(zhì)基本一致，但溶膠-凝膠燃燒法所合成的熒光粉的顆粒形貌最好且發(fā)光效率最高。此外

6、，在YAB：RE3+（RE=Eu，Tb）中摻入適量的Gd3+離子后，由于在YAB：Eu3+和YAB：Tb3+中分別發(fā)生了Gd3+→Eu3+和Gd3+→Tb3+的能量傳遞，其發(fā)光強(qiáng)度明顯增大。 5、采用溶膠-凝膠燃燒法可在900℃的低溫下合成較純的單相Nd：YAG粉體，在合成過(guò)程中無(wú)中間相的生成。增加焙燒溫度至1000℃時(shí)所合成的Nd：YAG粉體為類球形納米顆粒，其平均粒徑約為60nm，而且分散性較好。 利用上述粉體制備了

7、Nd：YAG透明陶瓷，并研究了燒結(jié)工藝對(duì)其致密化和顯微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：Nd：YAG陶瓷的相對(duì)密度隨著溫度的升高而明顯增大，當(dāng)燒結(jié)溫度升高到1700℃時(shí)，陶瓷樣品的相對(duì)密度為99．5%。而且燒結(jié)過(guò)程中添加劑正硅酸乙酯（TEOS）對(duì)燒結(jié)體的致密化有較大的影響。研究表明，當(dāng)TEOS摻雜量為0．3wt%時(shí)致密度最佳，此時(shí)既不在晶界上形成第二相，而且還能起到抑制晶粒長(zhǎng)大的作用。經(jīng)過(guò)優(yōu)化工藝，在1700℃保溫20h后制備的Nd：YAG陶瓷，在

8、波長(zhǎng)為1064nm的近紅外區(qū)直線透過(guò)率達(dá)到62%。 6、采用溶膠-凝膠燃燒法成功地合成了YAG：RE3+（RE=Eu，Tb）熒光粉，重點(diǎn)研究了其VUV光譜特性。結(jié)果表明，YAG：RE3+（RE=Eu，Tb）熒光粉在真空紫外區(qū)有較大的吸收，其吸收主要是由于基質(zhì)吸收引起的。在147nm激發(fā)下，YAG：RE3+（RE=Eu，Tb）熒光粉發(fā)出較強(qiáng)的橙色光和綠光，分別對(duì)應(yīng)于Eu3+離子的5D0→7F1躍遷發(fā)射和Tb3+的5D4→7F5躍遷