YAG材料合成综述.doc

课程论文 论文题目: YAG材料合成制备综述 学 院 : 理工学院 专 业 : 材料科学与工程专业 指导老师 : 姓 名 ： 学 号 : 2012年1月2日 YAG材料合成制备综述 题目：YAG材料合成设计综述 单位： 理工学院材料系 作者; 摘　要 简单介绍了YAG材料的发展历史，性能及应用，着重对其制备方法进行叙述。 Abscart We briefly introduces the YAG materials development history, performance and application, and the preparation method of narration. 关键词 钇铝石榴石 材料 合成 共沉淀法 研究进展 综述 １　引言 钇铝石榴石(Y3AI5O12, YAG)空间群为Oh10Ia3d，属立方晶系其晶格常数为1.2002nm，它的分子式结构又可写成L3B2(AO4)3，其中LA，B分别代表三种格位。在单位晶胞中有8个Y3Al5O12分子。一共有24个钇离子40个铝离子96个氧离子其中每个钇离子各处于由8个氧离子配位的十二面体的L格位16个铝离子各处于由6个氧离子配位的八面体的B格位另外24个铝离子各处于由4个氧离子配位的四面体的A格位。八面体的铝离子形成体心立方结构，四面体的铝离子和十二面体的钇离子处于立方体的面等分线上八面体和四面体都是变形的其结构模型见图1。石榴石的晶胞可看作是十二面体、八面体和四面体的连接网。。具有取代YAG单晶作为主要激光材料的趋势。 另外，YAG粉体通过掺杂Ce3+，Tb3+，Eu3+等离子还可以作为超短余辉荧光粉，在等离子平板显示(PDP)，阴极射线管(CRT)以及发光二极管(LED)等方面有着广阔的应用前景。 2　 YAG陶瓷材料发展历史 YAG 透明陶瓷的研究始于 20 世纪 80 年代。1984 年，G.De With 等首次报道了透明 YAG 陶瓷的制备工艺。采用固相合成法合成 YAG 粉料，以0.05~0.15%SiO2或 MgO 作为添加剂，经等静压成型后在 1700～1800℃条件下真空烧结保温 4h 制备出相对密度近 100％的透明 YAG 陶瓷。1990 年，M.Sekita报道了利用尿素共沉淀法制备 Nd:YAG 粉体，等静压成型后于 1700℃真空烧结 3h，得到部分光学性能几乎与 Nd:YAG 单晶相同的 Nd:YAG 陶瓷，但是光的背底吸收较高，其透光率为 70％左右。1995 年，日本 Ikesue 等采用高温固相反应方法首次制备出了高度透明的 Nd:YAG 陶瓷。对其折射率、热导率、硬度等物理特性的测量结果表明，Nd:YAG 透明陶瓷与 Nd:YAG 单晶类似。同时研制出世界上第一台能与 Nd:YAG 单晶激光器相媲美的透明 Nd:YAG 陶瓷激光器，用输出功率为600mW、输出波长为 808nm 的激光二极管，采用端面泵浦技术，泵浦 Nd3+浓度和单晶 YAG 相当的 YAG 陶瓷，结果表明，透明 Nd:YAG 陶瓷的激光阈值仅比单晶稍高，斜率效率达到 28%，激光最大输出功率为 70mW。 3 YAG晶体及粉体材料制备方法 3.1 提拉法生长YAG激光晶体材料 3.1.1中频感应加热提拉法 工艺流程为装炉，抽真空与保护气，加热升温，引晶，缩颈，放肩，等径生长，收尾，降温。 提拉法的基本思路是将材料熔化，使用籽晶引导熔体在籽晶上继续生长，并通过程序控制拉拔所处的温度场及拉拔速度，旋转速度，使得晶体均匀的纵向及横向生长。 晶体提拉法的优点:可以方便地使用定向籽晶和缩颈工艺,以得到完整的晶体和所需取向的晶体。能够以较快的速率生长较高质量的晶体。 总之,提拉法生长的晶体完整性很高,而其生长率和晶体尺寸也是令人满意的。 激光加热提拉技术是使用聚焦的激光作为热源，对原料进行加热。可生长出直径小、品质优良的晶体。并且能够观测到晶体生长过程时产生热辐射及晶面形状，以作为控制温度的依据，方便区熔形状与晶体光纤的直径大小的控制。 在 1974 年，贝尔实验室最开始使用 LHPG 方法生长参杂的 YAG 晶体，以发光二级管(LED)为激光光源进行晶体生长。LHPG 方法是利用经聚焦的连续激光作为热源，加热熔融原始晶棒一端，在以单晶作为籽晶，接触融熔区并开始提拉，从而长出新的晶体。LHPG 方法是最引人注目的特点：原料除了可使用的单晶或多晶外，也可将粉末压成块体作为生长晶体的原料。为了避免晶体生长时直径的较大的波动，激光热源要有较高的热稳定性，高稳定性