论文部分内容阅读
钇铝石榴石(Y3Al5O12，YAG)具有非常好的机械性能和光学性能，是一种很理想的激光基质材料。有关的粉体制备技术，成型技术和透明陶瓷烧结制备技术一直是国内外关注的焦点。本论文主要研究了固相反应法和化学共沉淀法制备YAG及Yb∶YAG透明陶瓷及其光学性能。研究工作主要包括以下几个方面: 1.采用固相反应法通过真空烧结制备了YAG陶瓷，系统的研究球磨转速、添加剂用量、烧结工艺等因素对YAG透明陶瓷显微结构和光学性能的影响。实验结果表明，球磨转速为160 r/min时，球磨后粉体混合均匀，真空烧结制备出透明陶瓷晶粒尺寸较均匀，在可见光波段透光率达到60％;烧结助剂MgO的最佳添加量为0.1 wt％。烧结温度为1750℃，保温时间为5h时所制备的YAG透明陶瓷透光率最高。 2.采用固相反应法通过真空烧结制备了Yb∶YAG透明陶瓷，详细研究不同烧结温度和掺杂量对Yb∶YAG透明陶瓷显微结构和光学性能的影响;同时尝试采用均相法制备球形Y2O3和Yb∶Y2O3纳米粉体，然后与商业Al2O3和Yb2O3粉体混合真空烧结制备Yb∶YAG透明陶瓷。结果发现，掺杂5 at％Yb时，陶瓷具有一定的透光率。所有样品在1700℃烧结后都只有YAG相，无其他杂质相。当掺杂浓度为1 at％时，最佳烧结温度为1650℃，比YAG陶瓷最佳烧结温度略低。采用先制备Yb∶Y2O3纳米粉体，然后混合Al2O3粉体真空烧结所制备的Yb∶YAG透明陶瓷透光率更高。 3.采用化学共沉淀法合成YAG和不同掺杂浓度的Yb∶YAG纳米粉体，随后通过真空烧结制备陶瓷。研究发现，略微增加反应溶液中铝离子的浓度，即当Y3+∶Al3+浓度为9∶16时，可形成不含杂相的纯立方相YAG纳米粉体，所得粉体分散性较好，形状为棒状，平均颗粒尺寸约为150nm。利用此YAG纳米粉体可制备出具有一定透光率的YAG陶瓷;通过荧光光谱分析，掺杂30at％Yb3+并没有发生浓度猝灭效应，表明Yb可以实现高浓度掺杂，有利于制备出高功率的固体激光器。