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钇铝石榴石YAG(Y3Al5O12,yttriumaluminumgarnet)多晶陶瓷具有优异的光学性能、良好的力学和热学性能,被广泛应用于激光基体材料。因此,制备稀土离子掺杂YAG激光透明陶瓷,并对其结构以及性能的研究极其必要而且也具有很大的挑战性。这一研究有助于实现国产YAG激光陶瓷的高功率、高效率激光输出,从而拓展和深化激光陶瓷在民用和国防领域的应用。
本论文以商业氧化物粉体为原料,以TEOS(正硅酸乙酯)和MgO为烧结助剂,采用固相反应和真空烧结技术制备YAG透明陶瓷。实验中,应用了X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、分光光度计(UV-VIS-NIR)、能谱分析仪等测试仪器及手段对多晶陶瓷进行表征。1735℃×30h真空烧结的透明陶瓷样品的晶粒尺寸均匀,晶界干净、无气孔和第二相存在;样品均具有良好的透光性和光学均匀性,样品在激光工作波段1064nm处的直线透过率为79.5%。
在YAG透明陶瓷的工作基础上,制备了不同掺杂浓度Nd∶YAG激光透明陶瓷。1700℃×30h真空烧结的5.0at%Nd∶YAG透明陶瓷样品均具有良好的透光性和光学均匀性,在激光工作波段1064nm处的直线透过率分别为82.2%。
此外,我们还制备了0.5at%Er∶YAG透明陶瓷。1760℃×50h真空烧结的陶瓷样品具有良好的光学质量,在1200nm处的直线透过率高达83.2%,在可见光波段400nnm处的直线透过率为81.6%。通过透光显微镜观察并统计得到Er∶YAG透明陶瓷的气孔率仅为1.96volppm,表明样品的光学散射损耗较低。