YAG透明陶瓷的材料設(shè)計(jì)與制備工藝優(yōu)化.pdf

1、目前固體激光器在軍事、科研、醫(yī)療、工業(yè)等各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。激光材料作為固體激光器的主體，是激光技術(shù)發(fā)展的核心和基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的激光基質(zhì)材料是單晶和釹玻璃，但單晶生長周期長，難以實(shí)現(xiàn)大尺寸和高濃度摻雜制備，而釹玻璃的強(qiáng)度和熱導(dǎo)率都較低，這些局限性在一定程度上禁錮著激光技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。相較于單晶和玻璃，YAG透明陶瓷在制備技術(shù)和材料性能等方面具有很大優(yōu)勢(shì)，因而受到了人們極大的關(guān)注，并得到了迅速發(fā)展。我國也在Nd∶YAG透明陶瓷的制備方面

2、取得了重大進(jìn)展，但與國際最先進(jìn)水平相比仍存在一定的差距。因此，對(duì)YAG透明陶瓷進(jìn)行成分優(yōu)化設(shè)計(jì)和制備工藝方面的深入研究顯得十分必要。
　　本論文以氧化物粉體為原料，采用固相反應(yīng)法制備YAG透明陶瓷，研究了制備過程中幾個(gè)重要工藝參數(shù)（組分配比、摻雜濃度、燒結(jié)助劑和分散劑）對(duì)YAG透明陶瓷的物相組成、致密化行為、顯微結(jié)構(gòu)演化、晶粒生長動(dòng)力學(xué)、光學(xué)和光譜性能的影響。具體研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)制備了不同組分配比的Y3

3、(1+x)Al5O12透明陶瓷。在Al2O3過量的樣品中，由于Al2O3第二相的存在，陶瓷的直線透過率和平均晶粒尺寸隨著Al2O3含量的升高而急劇下降。在Y2O3過量的樣品中，當(dāng)過量含量小于0.7mol％時(shí)，樣品的透過率略微下降，平均晶粒尺寸增大;當(dāng)過量含量大于0.7mol％時(shí)，樣品中存在第二相導(dǎo)致透過率和平均晶粒尺寸下降。當(dāng)為化學(xué)計(jì)量配比時(shí)，1760℃真空燒結(jié)10h的樣品透過率最高，其在1064nm和400nm處的直線透過率分別為83

4、.1％和80.2％。
　　(2)制備了不同摻雜濃度的Er∶YAG透明陶瓷。1750℃真空燒結(jié)50h的不同摻雜濃度Er∶YAG透明陶瓷樣品的晶粒尺寸均勻，平均晶粒尺寸為20～23μm，晶界干凈、無氣孔和第二相存在;樣品均具有良好的透光性和光學(xué)均勻性，在1200nm處的直線透過率均在83％以上，氣孔率均在1.5vol ppm以下。Er的摻雜濃度幾乎不影響Er∶YAG陶瓷的致密化行為和顯微結(jié)構(gòu)演化。但Er∶YAG透明陶瓷的熒光光譜的峰值

5、強(qiáng)度隨著Er3+濃度的升高而增強(qiáng)。摻雜濃度分別為0.5at％、1.0at％、5.0at％和10.0at％的Er∶YAG陶瓷的晶粒生長激活能分別為779、855、805和861 kJ/mol。
　　(3)制備了添加不同含量La2O3和TEOS的YAG陶瓷。研究了添加不同含量La2O3和TEOS對(duì)固相反應(yīng)法制備YAG透明陶瓷的影響，得到了最佳La2O3和TEOS添加量。1720℃保溫20h真空燒結(jié)制備的YAG透明陶瓷中，添加0.1 a

6、t％La2O3、0.5wt％TEOS和（0.05at％La2O3+0.5wt％TEOS）的樣品具有良好的光學(xué)質(zhì)量，其在1064nm處的直線透過率分別為81.3％、81.9％和81.0％，在400nm處的直線透過率分別為78.2％、78.7％和79.2％。樣品顯微結(jié)構(gòu)均勻致密，幾乎沒有氣孔和第二相存在，平均晶粒尺寸分別為約13.6μm、32μm和22.5μm。添加La2O3細(xì)化了晶粒尺寸，晶界數(shù)量增多，為氣孔排除提供了更多通道。添加TEO