掺钕钇铝石榴石透明陶瓷的微观结构和制备.docxVIP

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DcWith和VanDijk,和Sckcta ct al.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Jkesue et al.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et al.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)2 03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0.5 wt %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15 ho然后磨浆在70°C环境下蒸发24小吋。磨粉在200 MPa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（?1.2x 1 O3 Pa）环境下，在1760°C 温度环境下烧结6 h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?2550 v,Rigaku有限公司?东京? 口 本）使用牒辐射CuKa辐射在28从10 0 - 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（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-2010/2100F JEOL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2000nmo 3、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Konishima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1064 nm 能达到80%以上，靠近理论透过率83.8%。结果清楚地证实了 Ikesus et al.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。 图 1 微观结构(a) Konishima Company (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2 b 的吸收峰是由于样品过渡掺