掺钕钇铝石榴石透明陶瓷的微观结构和制备

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1、中文译文掺敎铠铝石榴石透明陶瓷的微观结构和制备摘要掺放锂铝石榴石透明陶瓷具有不同的微观结构，是通过高纯度的固态粉末反应制备的。实验已经证实了晶粒尺寸和晶界对制备的掺枚铠铝石榴石透明陶瓷透过率的影响。我们的研究结果证实，掺钱铠铝石榴石陶瓷的光学散射损失主要是由于孔隙的存在。晶粒尺寸不影响透过率，有相同组成的晶界对于掺钱铠铝石榴石透明陶瓷整休的透射率影响很小。关键词:掺枚铠铝石榴右透明陶瓷；粒度；品粒阶段；品体孔隙。1、介绍最近，由于透明陶瓷在固体激光，医疗器械和光电设备中的重要应用，透明陶瓷的研究已经引

2、起了相当人的关注。随着透明陶瓷在激光方面获得主体结构的应用，科学家对掺做轮铝石榴石透明陶瓷进行了深入的研究。掺做铠铝石榴石单晶具有高断裂强度、良好的化学稳定性，良好的热和光学性质。它被广泛用作固休激光器增益主机。无论如何，生产单晶掺敎化铝石榴石的缺点是：它不仅需要很长吋间才能生长晶体，而且其尺寸也很难长大。掺敘轮铝石榴石透明陶瓷生产中并没有这些缺点。此外，在制备复合陶瓷中，由于先进的陶瓷制造技术使得多功能激光的发展成为可能。到目前为止各种透明掺枚锂铝右榴石陶瓷制作技术和程序已被报导。在1980年代Dc

3、With和VanDijk,和Sckctactal.被报导正致力于制造掺钱:乍乙铝石榴石透明陶瓷，尽管当时只是半透明陶瓷。1995年Jkesueetal.首先展示了透明的Nd:YAG在激光应用中的陶瓷。在2000年代早期etal.使用粉末沉淀制造人量的Nd:YAG陶瓷棒，实现了高效和高功率激光发射器。人们普遍认为，为了获得透明陶瓷，纯相、大晶粒尺寸和一些孔隙是制备透明陶瓷的关键要求。然而，最近A.Ikesue等研究了光学散射Nd:YAG透明陶瓷。他们发现光散射是完全由孔隙造成。陶瓷晶界的存在与光学散射没

4、有关系。在这片文章屮拥有不同显微结构的掺钱轮铝石榴石透明陶瓷是由高纯度的氧化铝、¥203和稀土氧化物粉末作为起始原料通过固态烧结的方法制备的。晶粒尺寸、晶界和孔隙对结合陶瓷透射率的影响已经进行了研究。我们展示了品界的存在仅仅对陶瓷的透射率有很小的影响。2、实验程序氧化铝、¥203和稀土氧化物粉末作为反应原料。我们用碳酸氢鞍和氨作为除尘剂通过共同沉淀合成了稀土氧化物掺杂Y2O3纳米粉末。为了制作样本，粉末需要称重以符合(Y,RE)203比氧化铝的比率为3:5o氧化铝和稀土掺杂Y2O3纳米粉体混合0.5w

5、t%原硅酸四乙酯(TEOS)作为烧结酸混合物后再与高纯氧化错球磨15ho然后磨浆在70°C环境下蒸发24小吋。磨粉在200MPa均压下压成直径20毫米的薄片。最后压片在高真空火炉真空（〜1.2x1O'3Pa）环境下，在1760°C温度环境下烧结6h和在1500°C高温和大气压环境下退火10小时。在用x射线衍射仪（XRD^模型D/max・2550v,Rigaku有限公司•东京•口本）使用牒辐射CuKa辐射在28从100-70。的范围内确定了烧结样品的相组成。通过烧结后样品的微观结构的观察和电子探针分析（

6、赋存状态、模型jxa-8100,JEOL有限公司口本）以及能量分散能谱（EDS）分析和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）探测，（模型JEM-2010/2100FJEOL冇限公司•口本）。镜面抛光样品的透射光谱（1毫米厚度）通过分光光度计（模型卡里500扫描；Vavian有限公司•美国）测定波长从200到2000nmo3、结果和讨论晶粒尺寸、晶界和孔隙通常被认为是影响陶瓷透射率的主要因索。如果孔隙的分布是随机的，品粒尺寸越大透射率越高。图1显示了一个比较微观结构的掺钱铠铝石榴石陶瓷构造（分别由Koni

7、shima公司；这篇文章的作者和A.Ikcsuc等提供）。显然，在样本中不存在气孔和晶界相。显示的样品的晶粒尺寸约为1.5、10和50屮“。尽管他们粒度有差异。所有三掺钱铠铝石榴石样品的透射率在1064nm能达到80%以上，靠近理论透过率83.8%。结果清楚地证实了Ikesusetal.的结论:透明陶瓷的光学透过率与晶粒尺寸的关系不大。虽然晶粒人小确定其晶界的长度，但品界的长度和光学散射没有关系。影响光学散射强度的是品粒间界的厚度。只要两个颗粒边界厚度远小于光学波长长度，晶界对光散射的影响就可以忽略。

8、图1微观结构(a)KonishimaCompany(b)SICCAS(c)Ikesue图2（a）展示了掺做铠铝右榴右透明陶瓷样品制作。图2（b）是1毫米厚度（测量）的光学透过率与示例。样品的光学透过率在1064nm可以达到78.5%。图2b的吸收峰是由于样品过渡掺杂Ei•"离了造成的。YAGJOOWQ90012W15W图2(a)和⑹透射照片掺饮铠铝石榴石:Yb,Er透明陶瓷如图3所示，从掺钱化铝石榴石的样本图像中，可以看出，陶瓷的晶粒尺寸相当均匀：平均约