本文關(guān)鍵詞：YAG透明陶瓷的材料設(shè)計與制備工藝優(yōu)化，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前固體激光器在軍事、科研、醫(yī)療、工業(yè)等各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。激光材料作為固體激光器的主體,是激光技術(shù)發(fā)展的核心和基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的激光基質(zhì)材料是單晶和釹玻璃,但單晶生長周期長,難以實現(xiàn)大尺寸和高濃度摻雜制備,而釹玻璃的強度和熱導(dǎo)率都較低,這些局限性在一定程度上禁錮著激光技術(shù)的進一步發(fā)展。相較于單晶和玻璃,YAG透明陶瓷在制備技術(shù)和材料性能等方面具有很大優(yōu)勢,因而受到了人們極大的關(guān)注,并得到了迅速發(fā)展。我國也在Nd:YAG透明陶瓷的制備方面取得了重大進展,但與國際最先進水平相比仍存在一定的差距。因此,對YAG透明陶瓷進行成分優(yōu)化設(shè)計和制備工藝方面的深入研究顯得十分必要。本論文以氧化物粉體為原料,采用固相反應(yīng)法制備YAG透明陶瓷,研究了制備過程中幾個重要工藝參數(shù)(組分配比、摻雜濃度、燒結(jié)助劑和分散劑)對YAG透明陶瓷的物相組成、致密化行為、顯微結(jié)構(gòu)演化、晶粒生長動力學(xué)、光學(xué)和光譜性能的影響。具體研究內(nèi)容包括以下幾個方面：(1) 制備了不同組分配比的Y3(1+x)Al5O12透明陶瓷。在Al2O3過量的樣品中,由于Al2O3第二相的存在,陶瓷的直線透過率和平均晶粒尺寸隨著Al2O3含量的升高而急劇下降。在Y2O3過量的樣品中,當(dāng)過量含量小于0.7mol%時,樣品的透過率略微下降,平均晶粒尺寸增大；當(dāng)過量含量大于0.7mol%時,樣品中存在第二相導(dǎo)致透過率和平均晶粒尺寸下降。當(dāng)為化學(xué)計量配比時,1760℃真空燒結(jié)10h的樣品透過率最高,其在1064nm和400nm處的直線透過率分別為83.1%和80.2%。(2) 制備了不同摻雜濃度的Er:YAG透明陶瓷。1750℃真空燒結(jié)50h的不同摻雜濃度Er:YAG透明陶瓷樣品的晶粒尺寸均勻,平均晶粒尺寸為20～231μm,晶界干凈、無氣孔和第二相存在；樣品均具有良好的透光性和光學(xué)均勻性,在1200rnm處的直線透過率均在83%以上,氣孔率均在1.5vol ppm以下。Er的摻雜濃度幾乎不影響Er:YAG陶瓷的致密化行為和顯微結(jié)構(gòu)演化。但Er:YAG透明陶瓷的熒光光譜的峰值強度隨著Er3+濃度的升高而增強。摻雜濃度分別為0.5at%、1.0at%、5.0at%和10.0at%的Er:YAG陶瓷的晶粒生長激活能分別為779、855、805和861kJ/mol。(3) 制備了添加不同含量La203和TEOS的YAG陶瓷。研究了添加不同含量La203和TEOS對固相反應(yīng)法制備YAG透明陶瓷的影響,得到了最佳La203和TEOS添加量。1720℃保溫20h真空燒結(jié)制備的YAG透明陶瓷中,添加0.1at%La2O3、 0.5wt%TEOS和(0.05at%La2O3+0.5wt%TEOS)的樣品具有良好的光學(xué)質(zhì)量,其在1064nm處的直線透過率分別為81.3%、81.9%和81.0%,在400nm處的直線透過率分別為78.2%、78.7%和79.2%。樣品顯微結(jié)構(gòu)均勻致密,幾乎沒有氣孔和第二相存在,平均晶粒尺寸分別為約13.6μm、32μm和22.5μm。添加La203細化了晶粒尺寸,晶界數(shù)量增多,為氣孔排除提供了更多通道。添加TEOS與YAG形成液相,促進致密化過程和氣孔排除。(4) 此外,我們還在粉體球磨過程中加入分散劑,試圖分散粉體顆粒,降低粉體顆粒的團聚程度和強度,得到分散性較好的混合粉體以制備高光學(xué)質(zhì)量的YAG透明陶瓷。結(jié)果表明：當(dāng)添加5wt%PEG400作為分散劑時,混合粉體的破碎程度、混合效果和燒結(jié)活性均有效提高,陶瓷燒結(jié)時氣孔可以更好的排除并獲得均勻致密的結(jié)構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】：YAG透明陶瓷 固相反應(yīng)法 非化學(xué)計量配比 顯微結(jié)構(gòu) 晶粒生長動力學(xué) 光學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ174.758.23
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-38
• 1.1 引言13
• 1.2 激光概述13-17
• 1.2.1 激光的產(chǎn)生13-14
• 1.2.2 激光原理14-15
• 1.2.3 激光材料的要求15-17
• 1.3 激光透明陶瓷概述17-25
• 1.3.1 透明陶瓷作為激光介質(zhì)的可能性18
• 1.3.2 陶瓷的透光機理18-22
• 1.3.3 激光透明陶瓷的發(fā)展歷史及研究進展22-25
• 1.4 YAG激光透明陶瓷概述25-27
• 1.4.1 YAG的結(jié)構(gòu)25-27
• 1.4.2 YAG的基本性能27
• 1.5 YAG透明陶瓷的制備27-36
• 1.5.1 YAG粉體的合成方法28-30
• 1.5.2 YAG透明陶瓷的成型30-31
• 1.5.3 YAG透明陶瓷的燒結(jié)31-35
• 1.5.4 YAG透明陶瓷的后處理及加工35-36
• 1.6 課題的提出及研究內(nèi)容36-38
• 第二章 實驗及測試方法38-43
• 2.1 引言38
• 2.2 實驗工藝流程圖38-39
• 2.3 實驗原料及化學(xué)試劑39
• 2.4 實驗設(shè)備39-40
• 2.4.1 粉體處理設(shè)備39
• 2.4.2 成型設(shè)備39
• 2.4.3 透明陶瓷燒結(jié)設(shè)備39-40
• 2.4.4 退火設(shè)備40
• 2.4.5 加工設(shè)備40
• 2.5 實驗測試方法40-43
• 2.5.1 粉體的比表面積測試40
• 2.5.2 粉體的顯微形貌分析40
• 2.5.3 粉體的成分分析40
• 2.5.4 素坯的密度測試40-41
• 2.5.5 陶瓷的物相分析41
• 2.5.6 陶瓷的晶胞參數(shù)分析41
• 2.5.7 陶瓷密度測試41
• 2.5.8 陶瓷的顯微形貌分析41
• 2.5.9 陶瓷的能譜分析41-42
• 2.5.10 陶瓷晶粒尺寸的測量42
• 2.5.11 陶瓷的透過率測試42
• 2.5.12 陶瓷的氣孔分析42
• 2.5.13 陶瓷的熒光光譜分析42-43
• 第三章 組分配比對固相法制備YAG透明陶瓷的影響43-62
• 3.1 引言43
• 3.2 組分配比YAG透明陶瓷的制備43-44
• 3.3 結(jié)果和討論44-60
• 3.3.1 粉體的形貌、粒度和成分分析44-45
• 3.3.2 YAG陶瓷的物相分析45-49
• 3.3.3 YAG陶瓷的光學(xué)性能49-50
• 3.3.4 YAG陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)50-58
• 3.3.5 YAG陶瓷的晶粒生長動力學(xué)分析58-60
• 3.4 本章小結(jié)60-62
• 第四章 固相反應(yīng)法制備Er：YAG透明陶瓷及其性能研究62-81
• 4.1 引言62
• 4.2 Er：YAG透明陶瓷的制備62-63
• 4.3 結(jié)果和討論63-79
• 4.3.1 粉體的形貌和粒度分析63-64
• 4.3.2 Er：YAG陶瓷的物相分析64-65
• 4.3.3 Er：YAG陶瓷的致密化行為65-66
• 4.3.4 Er：YAG陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)66-72
• 4.3.5 Er：YAG陶瓷的晶粒生長動力學(xué)分析72-75
• 4.3.6 Er：YAG陶瓷的光學(xué)性能75-78
• 4.3.7 Er：YAG陶瓷的光譜性能78-79
• 4.4 本章小結(jié)79-81
• 第五章 添加La_2O_3和TEOS對固相反應(yīng)法制備YAG透明陶瓷的影響81-107
• 5.1 引言81-82
• 5.2 不同燒結(jié)助劑YAG透明陶瓷的制備82-83
• 5.3 結(jié)果和討論83-105
• 5.3.1 粉體形貌分析和粒度分析83-84
• 5.3.2 不同燒結(jié)助劑YAG陶瓷的物相分析84
• 5.3.3 純YAG陶瓷的致密化行為和顯微結(jié)構(gòu)84-89
• 5.3.4 添加La_2O_3的YAG陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能89-96
• 5.3.5 添加TEOS的YAG陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能96-103
• 5.3.6 添加La_2O_3+TEOS的YAG陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能103-105
• 5.4 本章小結(jié)105-107
• 第六章 分散劑對固相反應(yīng)法制備YAG透明陶瓷的影響107-120
• 6.1 引言107-108
• 6.2 Nd：YAG透明陶瓷的制備108
• 6.3 結(jié)果和討論108-119
• 6.3.1 粉體形貌及粒度分析108-111
• 6.3.2 Nd：YAG陶瓷的物相分析111
• 6.3.3 添加燒結(jié)助劑的Nd：YAG陶瓷的光學(xué)性能111-113
• 6.3.4 添加燒結(jié)助劑的Nd：YAG陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)113-117
• 6.3.5 添加燒結(jié)助劑的Nd：YAG陶瓷的晶粒生長動力學(xué)研究117-118
• 6.3.6 不添加燒結(jié)助劑的Nd：YAG陶瓷的光學(xué)性能118-119
• 6.4 本章小結(jié)119-120
• 第七章 全文結(jié)論與研究展望120-123
• 致謝123-124
• 參考文獻124-137
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他科研成果137

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：YAG透明陶瓷的材料設(shè)計與制備工藝優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：256475