高性能Nd-YAG激光透明陶瓷的制備及激光實(shí)驗(yàn).pdf

1、摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)多晶陶瓷可避其單晶和玻璃之劣勢而集兩者之優(yōu)勢于一身，具有良好的光學(xué)性能和機(jī)械強(qiáng)度以及穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于激光增益介質(zhì)及透明窗口材料。
　　本論文選用高純商業(yè)氧化釔、氧化鋁、氧化釹為原料，以正硅酸乙酯和氧化鎂為燒結(jié)助劑，采用固相反應(yīng)法，利用真空燒結(jié)技術(shù)，在高溫下制備1at％Nd:YAG激光透明陶瓷。實(shí)驗(yàn)中，我們深入研究和討論了原料 Y2O3不同溫度熱處理對(duì)樣品透過率的影響及其機(jī)理；運(yùn)用高能球

2、磨機(jī)制備了粒度較小、尺寸均一的Y2O3粉體，并使用其制備了實(shí)驗(yàn)樣品且展開了相關(guān)分析；運(yùn)用冷等靜壓技術(shù)制備樣品素坯，并與傳統(tǒng)手動(dòng)壓片對(duì)比中體現(xiàn)其優(yōu)勢；將真空燒結(jié)過程的升溫階段和保溫階段分而研究，在詳細(xì)對(duì)比分析其現(xiàn)象和探討機(jī)理中，確定最佳升溫速率和保溫時(shí)間；探究了退火處理影響樣品透過率的內(nèi)因；最終進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，制得高質(zhì)量實(shí)驗(yàn)樣品，并搭建出光系統(tǒng)，對(duì)樣品進(jìn)行出光試驗(yàn)。最終我們得到如下結(jié)論：
　　1）基于電鏡掃描圖（SEM）的觀察，

3、氧化釔原料顆粒為有斷層的塊狀結(jié)構(gòu)，且有大量空隙存在于斷層之中，這些空隙在一定程度上會(huì)形成樣品內(nèi)部影響透過率的氣孔。對(duì)氧化釔進(jìn)行熱處理，能有效消除這些空隙，進(jìn)而減少樣品內(nèi)氣孔的形成而提高樣品透明度。
　　2）通過高能球磨機(jī)球磨處理，可得到粒度較小、尺寸均一的Y2O3原料粉體，理論上講，粒度減小則比表面積增大，活性增強(qiáng)，可促進(jìn)燒結(jié)過程的進(jìn)行并提高其致密化程度。
　　3）運(yùn)用冷等靜壓機(jī)壓片，可使得樣品素坯具有良好的致密性和均勻性，

4、一方面可在燒結(jié)前最大程度減少樣品內(nèi)部的氣孔，另一方面良好的均勻性有利于樣品在燒結(jié)過程中形成尺寸均勻的晶粒，而減少光在樣品內(nèi)部的損耗，從而提高樣品透過率。
　　4）燒結(jié)過程升溫速率為1℃/1.5min，既可為樣品內(nèi)氣孔排出提供足夠時(shí)間，又不至于晶粒生長過大晶界數(shù)量減少而減少氣孔排出通道，此升溫速率下制備的樣品透過率高。
　　5）燒結(jié)過程中保溫時(shí)間的延長，有利于氣孔的最大化排出和增加樣品的致密性，進(jìn)而提高樣品透過率。在實(shí)驗(yàn)對(duì)比中

5、發(fā)現(xiàn)，保溫時(shí)間超過30h后，樣品透過率增加極其微小，綜合考慮實(shí)驗(yàn)成本和要求，將30h確定為實(shí)驗(yàn)的最佳保溫時(shí)間。
　　6）退火處理可有效消除樣品內(nèi)的氧空位和應(yīng)力，提高樣品在可見光范圍內(nèi)的透過率。
　　7）最后的出光實(shí)驗(yàn)不理想，分析其原因一方面可能是陶瓷樣品閾值問題，微小氣孔和雜質(zhì)構(gòu)成的第二相形成光的散射和吸收中心，降低樣品對(duì)808nm波長入射光的吸收利用；另一方面可能是樣品的實(shí)際厚度較薄，小于波長為808nm光進(jìn)入樣品體內(nèi)強(qiáng)度