YbYAG和TmYAG透明陶瓷的制备及其光学性能研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工程硕士）Yb:YAG和Tm:YAG透明陶瓷的制备及其光学性能研究张丽庆二〇一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111502080广东工业大学硕士学位论文（工程硕士）Yb:YAG和Tm:YAG透明陶瓷的制备及其光学性能研究张丽庆校内导师姓名、职称：张海燕教授校外导师姓名、职称：学科(专业)或领域名称：材料工程学生所属学院：材料与能源学院论文答辩日期：2018年6月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(M

2、asterofEngneering)InvestgationonthepreparationandopticalpropertiesofYb:YAGandTm:YAGtransparentceramicsCandidate:ZhangLiqingSupervisor:Prof.ZhangHaiyanMay2018SchoolofMaterialandEnergyGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要作为常用的激光介质材料，YAG透明陶瓷因其优异的物理性能、化学性

3、能以及光学性能，备受人们关注。本文采用固相反应法，真空烧结制备了高透光率的Yb:YAG透明陶瓷。采用紫外可见分光光度计、XRD、SEM和光学显微镜对YAG透明陶瓷的透光率、物相、微观形貌和气孔率进行了详细分析。系统研究了保温时间、烧结温度、化学计量比和烧结助剂对Yb:YAG透明陶瓷的光学性能和微观结构的影响，获得了Yb:YAG透明陶瓷的最佳制备工艺。同时本文通过固相反应法，真空烧结制备了不同掺杂浓度的Tm:YAG透明陶瓷。研究了烧结温度对Tm:YAG陶瓷透光率的影响。所得的主要研究结果如下：1.使用商业氧化物纳米粉体（Y2O3、Al2O3、Yb2O3）为原料，成功

4、通过固相反应法真空烧结制备了高透光率的Yb:YAG透明激光陶瓷。2.在不同温度和不同保温时间条件下烧结制备了1at%Yb:YAG透明陶瓷，实验结果表明：最佳烧结温度为1760℃，温度过高和过低都会降低陶瓷的透光率；最佳的保温时间为10h，保温时间过短则不利于晶粒生长，会产生较多气孔，保温时间过长，则会增加成本。3.以Al与Y的摩尔比为3:5为参照比例，保持氧化钇和氧化镱的量不变，改变氧化铝的量，研究化学计量比对Yb:YAG透明陶瓷的影响。实验结果显示：氧化铝含量偏离量为-0.2%的样品透过率最高，在400nm处为60.6%，在1064nm处为69.5%。4.以Si

5、O2和B2O3为烧结助剂制备Yb:YAG透明陶瓷，实验结果表明，SiO2和B2O3的添加量分别为0.9at%和0.6at%时，陶瓷的透光率最高，在1064nm处为77.8%，在400nm处为63.7%。5.制备了不同掺杂浓度（1at%、5at%、10at%、15at%）的Yb:YAG透明陶瓷，并均具有较高的透光率，并且随着掺杂浓度的提高，陶瓷的透光率逐渐下降。最佳制备工艺条件为：氧化铝的化学计量比定为-0.2%，加入0.9at%的SiO2和0.6at%的B2O3作烧结助剂，在1760℃温度下保温十小时烧结。所获得的1at%Yb:YAG透明陶瓷，在400nm处透光率

6、为67.2%，在1064nm处为78.9%。陶瓷的热扩散系数随着Yb掺杂浓度的增加而减小，1at%的陶瓷样品热扩散系数最大，为23.414mm/s。I广东工业大学硕士学位论文6.以商业氧化物纳米粉体（Y2O3、Al2O3、Yb2O3）为原料，通过固相反应法真空烧结制备了不同掺杂浓度（1、2、3、5at%）的Tm:YAG透明激光陶瓷。所有陶瓷样品均具有较好的透光率，3at%的陶瓷样品透光率最高，在1064nm处达到63.4%，在400nm处达到45.9%。陶瓷的热扩散系数随着Tm掺杂浓度的增加而减2小，1at%的陶瓷样品热扩散系数最大，为3.457mm/s。关键字：

7、Yb:YAG；Tm:YAG；透明陶瓷；固相反应法IIABSTRACTABSTRACTAsacommonlyusedlaserdielectricmaterial,YAGtransparentceramicshavereceivedmuchattentionduetoitsexcellentphysicalproperties,chemicalproperties,andopticalproperties.Inthispaper,Yb:YAGtransparentceramicswithhightransmittancewerepreparedbysolid-sta

8、terea