离心成型制备Yb:YAG透明陶瓷的研究

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Yb3+掺杂YAG透明陶瓷由于其光转换效率高、荧光寿命长等优异的光学性能已成为固体激光增益介质的首选,是近年来激光陶瓷领域的研究热点。  离心成型方法是在离心力作用下将粉料颗粒与分散介质分离,并形成致密坯体的一种成型方法。它对于控制坯体的团聚及杂质含量,减少坯体的缺陷都具有优势。并且离心成型过程有机添加剂含量少,成型周期短,从而克服了之前诸多成型方法的弊端,是应用在Yb∶YAG透明陶瓷制备中的重要方法。本文主要研究离心成型制备Yb∶YAG透明陶瓷的工艺及其影响因素。  采用(Y0.94Yb0.06)3Al5O12粉体为原料,以去离子水为分散介质,聚丙烯酸铵(NH4-PAA)为分散剂,利用球磨方法制备浆料。研究了不同球磨时间对于离心成型浆料悬浮稳定性的影响。结果表明,球磨6h后,浆料的粘度最低,悬浮稳定性性最好。  同时,研究了添加不同含量的分散剂对于浆料悬浮稳定性和离心成型制备Yb∶YAG透明陶瓷性能的影响。浆料的Zeta电位绝对值在分散剂含量为2wt%时达到最大值,分散剂含量继续增加,浆料的Zeta电位变化很小。浆料的粘度在分散剂含量为2wt%时趋于最低,分散剂含量继续增加,浆料粘度会显著升高。所以在分散剂含量为2wt%时,浆料的悬浮稳定性最好。并且,在此条件下,离心成型制备的样品透光性能最佳。  分别采用球形Y2O3和商业Y2O3作为原料,分别采用纳米级Al2O3和亚微米级Al2O3作为原料制备Yb∶YAG透明陶瓷,并进行对比研究。结果表明,采用商业Y2O3和亚微米级Al2O3原料制备Yb∶YAG粉体,添加2wt%NH4-PAA作为分散剂,球磨6h得到浆料,采用离心成型方法制备的Yb∶YAG透明陶瓷性能最佳。由于两种粉体粒径分布相近,颗粒间容易形成紧密堆积,颗粒间空隙小,所以制备的Yb∶YAG透明陶瓷气孔和杂质含量微少,致密度高,透光性能很好。
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