Al-,2-O-,3-透明陶瓷制備及摻Cr和Ti的Al-,2-O-,3-激光陶瓷光譜性能研究.pdf

1、本文對(duì)Al2O3透明陶瓷的性能、用途、制備工藝及影響因素進(jìn)行了綜述。Al2O3透明陶瓷對(duì)可見(jiàn)光和紅外光具有良好的透過(guò)性，同時(shí)還具有高溫強(qiáng)度大，耐熱性好和機(jī)械性能優(yōu)良等特點(diǎn)，因而獲得了非常廣泛的實(shí)際應(yīng)用。隨著透明陶瓷制備技術(shù)的不斷發(fā)展，部分透明陶瓷成功用作激光放大介質(zhì)，這為Al2O3透明陶瓷的應(yīng)用開(kāi)辟了新的領(lǐng)域，即可用作激光陶瓷。 本文以Al2O3透明陶瓷為研究對(duì)象，研究了MgO、MgAl2O4、La2O3等添加劑，燒結(jié)溫度，保溫

2、時(shí)間等對(duì)Al2O3透明陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響；首次研究了摻Cr和Ti的Al2O3激光陶瓷的光譜性能；最后初步探討了體視學(xué)方法在Al2O3透明陶瓷性能表征中的應(yīng)用。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：MgO和MgAl2O4都是氧化鋁透明陶瓷有效添加劑，但MgAl2O4在氧化鋁陶瓷中會(huì)以第二相的形式存在，成為散射中心；而微量的MgO會(huì)隨著燒結(jié)的進(jìn)行而揮發(fā)，因而摻入MgO的樣品其透過(guò)率更高一些。 采用La2O3和MgO復(fù)合添加比單獨(dú)摻入M

3、gO或MgAl2O4，陶瓷樣品透過(guò)率更高，摻雜效果更好，而且隨著La2O3摻雜量增大，氧化鋁透明陶瓷的體積密度更接近理論密度。當(dāng)其燒結(jié)溫度為1750℃，保溫時(shí)間為1小時(shí)條件下，在300-800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)其樣品的全透過(guò)率均大于82％，最大值為86％。 本文在對(duì)Cr3+：Al2O3激光陶瓷的熒光光譜分析中，首次發(fā)現(xiàn)一個(gè)670nm波長(zhǎng)的Cr3熒光發(fā)射峰，該峰在單晶中從未出現(xiàn)過(guò)，而陶瓷中另外一個(gè)發(fā)射峰(697nm)則對(duì)應(yīng)于紅寶石單晶

4、的R熒光譜線。通過(guò)對(duì)Cr3+：Al2O3激光陶瓷的晶場(chǎng)強(qiáng)度參數(shù)的計(jì)算，表明陶瓷中Cr3+離子所處格位的晶體場(chǎng)強(qiáng)比單晶弱一些，但Cr3+：Al2O3激光陶瓷仍屬于強(qiáng)場(chǎng)晶體材料。而且Cr3濃度較高(0.8wt％)時(shí)，Cr3+：Al2O3激光陶瓷仍具有較好的熒光發(fā)射，并以銳線發(fā)射為主。從而有可能在670nm和697nm兩處實(shí)現(xiàn)激光輸出。 首次研究了Ti：Al2O3激光陶瓷的光譜性能，并發(fā)現(xiàn)：當(dāng)Ti摻入量較小時(shí)(Mg2+含量不變)，由于

5、Mg2+的電荷補(bǔ)償作用，使得Ti在Al2O3激光陶瓷中只以Ti4+存在，并在410nm處有熒光發(fā)射，而單晶中沒(méi)有Ti4+單獨(dú)存在的現(xiàn)象，這為Ti：Al2O3陶瓷或單晶新用途的開(kāi)發(fā)，提供較大的理論和實(shí)踐依據(jù)。當(dāng)Ti摻入量較大時(shí)，Ti：Al2O3激光陶瓷樣品中同時(shí)存在Ti4+和Ti3+的熒光發(fā)射，其中Ti3+離子的發(fā)射譜線與單晶的相吻合。此外，Ti：Al2O3激光陶瓷樣品中還存在280nm、420nm左右的熒光發(fā)射，它們分別由F+和F心造成