熱鍛法制備CaF2與Y3+、Nd3+-SrF2透明陶瓷及性能研究.pdf

1、CaF2與SrF2由于具有透光范圍寬、聲子能量低等優(yōu)點(diǎn)而成為固態(tài)激光增益介質(zhì)研究的一個(gè)重要方向。透明陶瓷與同組分的單晶相比具有機(jī)械性能高、熱穩(wěn)定性好、可以制備大尺寸等優(yōu)勢。然而由于氟化物粉體制備的化學(xué)與相關(guān)技術(shù)問題，通過粉體成型燒結(jié)制備的氟化物透明陶瓷還沒獲得激光輸出。氟化物單晶通過熱鍛技術(shù)會(huì)產(chǎn)生塑性變形，在變形過程中引入低角度和大角度晶界，形成多晶，這些晶界的存在有利于材料機(jī)械性能的增強(qiáng)。因此，在本論文中，以單晶為原料，采用熱鍛技術(shù)制

2、備CaF2與Y3+,Nd3+:SrF2的透明陶瓷。
　　采用熱鍛技術(shù)對CaF2單晶進(jìn)行熱鍛，制備出結(jié)構(gòu)類似于透明陶瓷CaF2多晶體。利用 X射線衍射儀、光學(xué)顯微鏡研究了相對形變對晶體顯微結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明：隨著形變的增大，CaF2晶體中會(huì)出現(xiàn)明顯的晶粒結(jié)構(gòu)，晶體XRD衍射圖中會(huì)出現(xiàn)類似于CaF2多晶粉體的衍射峰。
　　測試了在750℃與850℃下熱鍛CaF2晶體與原單晶的顯微硬度，抗壓強(qiáng)度，抗彎強(qiáng)度以及在850℃下不同形變

3、的CaF2晶體與單晶的透過率，結(jié)果表明：CaF2晶體經(jīng)過變形后上述性能獲得提高，且在750℃下熱鍛晶體，晶體強(qiáng)化作用更明顯。熱鍛后晶體保持了單晶的光學(xué)性能，透過率都在92％以上。
　　采用熱鍛技術(shù)制備出Y3+,Nd3+:SrF2透明激光陶瓷，利用光學(xué)顯微鏡、SEM，研究了相對形變對熱鍛Y3+,Nd3+:SrF2晶體顯微結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明：隨著相對形變的增大，Y3+,Nd3+: SrF2晶體中會(huì)出現(xiàn)明顯的晶粒結(jié)構(gòu)，晶體斷面中會(huì)出現(xiàn)

4、規(guī)則的片層狀結(jié)構(gòu)，且相對形變越大，片層狀結(jié)構(gòu)越明顯。在1150℃，相對形變?yōu)?5％制備的樣品已經(jīng)形成了類似于陶瓷的晶粒結(jié)構(gòu)。晶粒尺寸分布不均勻，最大尺寸超過10 um，最小尺寸小于1 um，這些晶粒由規(guī)則的片層狀結(jié)構(gòu)組成，與通過熱鍛工藝制備的氟化物激光陶瓷結(jié)構(gòu)一樣。
　　測試了熱鍛晶體的顯微硬度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性以及熱鍛晶體與原單晶吸收光譜與透過率。結(jié)果表明：熱鍛后的晶體其顯微硬度與斷裂韌性都獲得提高，抗壓、抗彎強(qiáng)度并

5、沒有提高。在1150℃下，相對形變?yōu)?5％的熱鍛晶體的斷裂韌性為0.98 MPa.m1/2，接近單晶(0.491 MPa.m1/2)的兩倍。且熱鍛后晶體透過率降低，吸收峰強(qiáng)度減弱。測試了熱鍛溫度為1150℃，相對形變?yōu)?5％制備的Y3+, Nd3+: SrF2陶瓷與原單晶在796 nm波長激發(fā)下的熒光光譜與激光性能，結(jié)果表明：陶瓷熒光強(qiáng)度會(huì)降低，熒光壽命會(huì)縮短，Y3+,Nd3+: SrF2陶瓷獲得激光輸出，斜效率為30.7％，略低于Y3