人工晶体学报

当期目录

2024年第53卷第11期
刊出日期：2024-11-15

　　本期“高功率激光用晶体和透明陶瓷”专题，聚焦“新型中红外稀土激光/ 磁光晶体及制备技术”和“高能固体激光系统用光功能透明陶瓷的研制”两个重点研发计划专项，重点围绕高功率激光用人工晶体和透明陶瓷的制备优化、性能提升和应用突破等多方面的阶段性研究成果进行报道共收录稿件20 篇，包括3 篇综述和17 篇研究论文，按照材料功能分“激光晶体/ 透明陶瓷”“磁光、电光、压电晶体/ 透明陶瓷”和“光学窗口用透明陶瓷”三个栏目出版。

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编者按

“高功率激光用晶体和透明陶瓷”专题编者按

徐军, 李江

2024, 53(11): 0.

摘要 ( 26 )

PDF (5226KB) ( 26 )

相关文章 | 计量指标

激光晶体/ 透明陶瓷

高熔点稀土氧化物激光晶体的研究进展

任永春, 李健达, 曹笑, 黄燚, 张帆, 张宁, 薛艳艳, 王庆国, 唐慧丽, 徐晓东, 董永军, 徐军

2024, 53(11): 1829-1839.

摘要 ( 49 )

PDF (7920KB) ( 34 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

高熔点稀土氧化物因具备高热导率、高机械强度、低声子能量及较大的阳离子位点密度等优势,表现出大分凝系数、强电声子耦合及多晶格位点等特性,已成为高功率、超快及红外波段激光晶体研究的热点。然而,高熔点稀土氧化物熔点较高,特别是稀土倍半氧化物(约2 450 ℃),晶体的生长十分困难。因此,尽管首次报道高熔点稀土氧化物晶体已过去数十年,但其发展至今仍处于初步阶段。近年来,随着对多种晶体生长技术的不断探索与优化,高熔点稀土氧化物的生长技术取得了突破,稀土离子掺杂的激光研究也愈加多样化。本文在总结高熔点稀土氧化物性能优势及晶体生长进展的基础上,重点介绍了在红外1、2、3 μm波段的高熔点稀土氧化物激光性能研究进展。

3D打印钇铝石榴石基激光陶瓷研究进展

吉浩浩, 陈念江, 章健, 杨彧涵, 刘禹, 王士维

2024, 53(11): 1840-1867.

摘要 ( 33 )

PDF (54762KB) ( 145 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

先进固体激光器的发展方向是更高的输出功率和更优异的光束质量。稀土离子掺杂钇铝石榴石透明陶瓷是固体激光增益介质的优选材料,但泵浦过程中的热效应问题劣化光束质量,阻碍了输出功率进一步提升。复杂构型激光陶瓷泵浦时产热和散热更均匀,能够显著降低热效应。相比于传统制备方法,3D打印能够成型更复杂的设计结构,抑制热效应,并实现多模块器件的集成化和小型化,推动激光器走向更广泛的应用。本文首先介绍了复杂构型激光陶瓷的几种传统制备方法,并分析了优点和局限性。然后,系统综述了3D打印制备钇铝石榴石基激光陶瓷的研究现状和存在的问题。3D打印方法包括直接墨水书写、立体光刻、数字光处理、材料喷射打印、双光子聚合和微连续液体界面打印。其中,立体光刻和数字光处理成型的样品中存在层间缺陷,导致严重的散射损耗;材料喷射打印结合干压成型可用于制造平面波导;双光子聚合和微连续液体界面打印适用于在微米尺度上制造高度复杂的结构;直接墨水书写不仅首次实现了激光陶瓷的制备,相关研究也最为广泛,目前是制备复杂构型激光陶瓷最有前景的方法。最后,对3D打印制备钇铝石榴石基激光陶瓷目前存在的问题和研究前景进行了总结。

Er³⁺掺杂CaYAlO₄晶体光谱和激光性能研究

张志恒, 侯文涛, 刘坚, 李东振, 薛艳艳, 王庆国, 吕莎莎, 徐晓东, 徐军

2024, 53(11): 1868-1876.

摘要 ( 25 )

PDF (7499KB) ( 21 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

采用提拉法成功生长出掺杂浓度(原子数分数)为15%和30%的Er∶CaYAlO₄晶体。研究了Er∶CaYAlO₄晶体偏振光谱性能和激光特性。测试了室温下晶体的偏振吸收光谱、偏振荧光光谱和荧光衰减曲线。CaYAlO₄基质的无序性使吸收谱和发射谱呈现宽带特征。15%Er∶CaYAlO₄晶体在σ偏振和π偏振的发射截面分别为1.22×10^-20 cm²(2 712 nm)和0.71×10^-20 cm² (2 754 nm),半峰全宽(FWHM)分别为152和167 nm。随着Er³⁺掺杂浓度升高,⁴I_11/2和⁴I_13/2能级的荧光寿命均有不同程度的下降,而且上下能级寿命比值(τ_lower/τ_upper)大幅减小。能量传递上转换过程ETU1不仅可以抑制自终止效应还可以提高2.7 μm辐射跃迁量子效率。974 nm LD泵浦源的激发下,透过率1.5%的输出镜对应的激光性能最佳。c切15%Er∶CaYAlO₄晶体在2 720 nm处最大输出功率为358 mW,斜效率为15.4%。

Nd∶ASL单晶光纤的生长、光谱和激光性能研究

郭俊, 刘坚, 王泽彬, 陈鹏, 宋青松, 马杰, 王庆国, 徐晓东, 徐军

2024, 53(11): 1877-1883.

摘要 ( 27 )

PDF (6838KB) ( 16 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

采用微下拉法制备了不同浓度Nd³⁺掺杂的Sr_0.7La_0.3Mg_0.3Al_11.7O₁₉ (Nd∶ASL)单晶光纤,并对其晶体结构、偏振光谱和连续激光性能进行了研究。计算得到Nd∶ASL单晶光纤的光谱参数 Ω₂、Ω₄和Ω₆分别为1.093×10^-20、2.285×10^-20和2.117×10^-20 cm²。0.5%、1.0%、3.0%和5.0%Nd∶ASL单晶光纤⁴F_3/2能级的荧光寿命分别为375、398、384和363 μs。采用发射波长800 nm的激光二极管泵浦3.0%Nd∶ASL (原子数分数)单晶光纤,在1 055 nm处获得了1.08 W的连续激光输出,斜效率为18.5%。研究结果表明采用微下拉生长的Nd∶ASL单晶光纤是一种有潜力的激光增益介质。

Yb∶Lu₂O₃透明陶瓷的制备及激光性能研究

李晴, 姜珍兴, 王莹, 马杰, 王俊, 刘鹏, 章健, 范金太, 于浩海, 张怀金, 唐定远

2024, 53(11): 1884-1891.

摘要 ( 37 )

PDF (9604KB) ( 22 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

稀土离子掺杂的倍半氧化物陶瓷材料具有高热导率、低声子能量、高激光损伤阈值等优势,在固体激光领域具有巨大的应用潜力。本文采用化学共沉淀法合成了高纯度、低团聚Yb∶Lu₂O₃陶瓷粉体,在氧气气氛下预烧后,结合热等静压(HIP)烧结制备了具有高致密度、高透过率的5%(原子数分数)Yb∶Lu₂O₃透明陶瓷。陶瓷的平均晶粒尺寸小于1 μm,在1 100 nm波长处的透过率超过81%。在974 nm波长处吸收截面为~0.97×10^-20 cm²,在1.08 μm波长处的发射截面为~0.39×10^-20 cm²。采用976 nm半导体激光器泵浦Yb∶Lu₂O₃陶瓷,室温条件下实现了11.67 W的连续激光输出,对应的斜效率为55.3%,激光中心波长为1 080.1 nm。

不同掺杂浓度Er∶Lu₂O₃透明陶瓷的制备与性能研究

刘子玉, 郑雯雯, 冯亚刚, 叶君豪, 刘鹏, 杨现锋, 李江

2024, 53(11): 1892-1900.

摘要 ( 21 )

PDF (12937KB) ( 22 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Er∶Lu₂O₃透明陶瓷具有高热导率、高抗热震性能、良好的光谱特性和低制备温度等优势,是实现近、中红外波段高效率、高功率激光输出的候选固态增益介质之一。针对Er∶Lu₂O₃透明陶瓷的应用激光波段,探究Er³⁺掺杂浓度对陶瓷制备和性能的影响,对实现高品质Er∶Lu₂O₃陶瓷的研制非常关键。本文以共沉淀法合成Er∶Lu₂O₃纳米粉体,采用真空预烧结合热等静压(HIP)烧结工艺制备出Er∶Lu₂O₃透明陶瓷。研究表明,1 100 ℃煅烧的Er∶Lu₂O₃纳米粉体物相与立方相Lu₂O₃一致,10%Er掺杂浓度(原子数分数)粉体分散性更好。经过1 500 ℃预烧所得的0.3%和10%(原子数分数)Er∶Lu₂O₃陶瓷的平均晶粒尺寸分别为0.86和0.87 μm,相对密度分别为95.1%和96.2%。对应预烧陶瓷经过1 750 ℃ HIP后,在2 400 nm处直线透过率分别为71.6%和78.0%(厚度2.9 mm),其中,0.3%Er∶Lu₂O₃陶瓷残留较多气孔,在短波范围直线透过率锐降。计算了Er∶Lu₂O₃透明陶瓷的吸收和发射光谱,0.3%Er∶Lu₂O₃陶瓷在1.55 μm 波段具有更高的吸收、发射截面。

层状复合结构YAG/Yb∶YAG透明陶瓷的制备与性能研究

冯亚刚, 田丰, 刘子玉, 刘奕炀, 吴乐翔, 李廷松, 李江

2024, 53(11): 1901-1908.

摘要 ( 18 )

PDF (18748KB) ( 12 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以高纯商业氧化物粉体为原料,通过干压成型结合冷等静压成型得到满足设计的层状复合结构陶瓷素坯,然后采用真空预烧(1 750 ℃,30 h)结合热等静压烧结(1 750 ℃,3 h,200 MPa, Ar气氛)成功制备了高光学质量的双层和三层复合结构YAG/10%Yb∶YAG(原子数分数)透明陶瓷。研究了复合结构透明陶瓷的光学透过率、显微结构和元素分布等。结果显示,双层和三层复合结构YAG/Yb∶YAG透明陶瓷(4 mm厚度)在1 100 nm处的直线透过率分别为83.6%和84.1%。YAG与Yb∶YAG陶瓷区域均具有致密的显微结构,平均晶粒尺寸分别为29.0和34.5 μm。中心切面的元素面扫描与线扫描分析显示,YAG与Yb∶YAG陶瓷区域的界线平直,Yb元素基本只存在于Yb∶YAG陶瓷区域,表明层状复合结构透明陶瓷的实际结构与初始设计一致。

Cr掺杂YAG透明陶瓷的价态调控及光学性能研究

黄秋凤, 邓志强, 陈剑, 郭旺, 邓种华, 刘著光, 黄集权

2024, 53(11): 1909-1917.

摘要 ( 23 )

PDF (11614KB) ( 22 )

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Cr⁴⁺∶YAG晶体材料是一种理想的被动调Q材料。利用MgO、CaO作为价态平衡剂和烧结助剂,采用低温真空预烧结结合热等静压(HIP)烧结成功制备了高光学质量的0.25%Cr⁴⁺∶YAG(摩尔分数)透明陶瓷。探索了MgO、CaO及MgO-CaO双掺添加剂对Cr⁴⁺∶YAG陶瓷的透过率、吸收光谱和荧光性能的影响规律。研究发现,相较于CaO和MgO-CaO双掺添加剂,MgO在1 550 ℃低温真空预烧结时展现出了最好的Cr⁴⁺∶YAG助烧致密化作用。尤其当MgO添加的摩尔分数为0.25%时,陶瓷相对密度高达98%。在1 680 ℃ HIP烧结之后的Cr⁴⁺∶YAG陶瓷在1 400 nm处直线透过率达到了最高值84.4%。与此同时,在1 400 ℃退火处理20 h后,Cr⁴⁺∶YAG陶瓷尽管仍存在部分Cr³⁺,但在1 030 nm处Cr⁴⁺的吸收系数高达3.0 cm^-1。

Yb∶CaF₂透明陶瓷的压力辅助烧结及其性能研究

刘强, 李想, 郭礼豪, TOCI Guido, PIRRI Angela, PATRIZI Barbara, VANNINI Matteo, 吴俊林, 李江

2024, 53(11): 1918-1926.

摘要 ( 25 )

PDF (7149KB) ( 25 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

本文采用化学共沉淀法合成了5%(原子数分数,下同)Yb∶CaF₂纳米粉体。经过冷冻干燥后,粉体的团聚程度有所减轻,粉体呈立方片层状,平均颗粒尺寸约为40 nm。以冷冻干燥后的粉体为原料,通过热压烧结结合热等静压(HIP)烧结后处理制备了高光学质量的5%Yb∶CaF₂透明陶瓷。分析了热压烧结过程中样品的致密化行为,并对陶瓷的显微结构、直线透过率、吸收光谱及激光性能进行测试与表征。结果表明,陶瓷坯体在热压烧结时的保温阶段存在致密化驱动力的激活阈值,同时HIP后处理能够进一步压缩和排除热压陶瓷内残留气孔,有效提高陶瓷的光学质量。通过热压烧结(625 ℃×2 h,50 MPa)结合HIP后处理(600 ℃×3 h,100 MPa Ar)制备的5%Yb∶CaF₂透明陶瓷在400和1 200 nm处的直线透过率分别为72.6%和92.2%(厚度2 mm),其在976 nm处的吸收截面为0.52×10^-20 cm²。使用波长为930 nm的光纤耦合二极管激光器(LD)端面泵浦Yb∶CaF₂透明陶瓷,获得了最大输出功率为0.81 W、斜率效率为9.7%的准连续激光输出。

磁光、电光、压电晶体/ 透明陶瓷

铽铝石榴石磁光陶瓷真空固相反应制备及格位取代研究进展

陈杰, 沈世纪, 田燕娜, 周圣明

2024, 53(11): 1927-1935.

摘要 ( 25 )

PDF (9315KB) ( 16 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

作为一类典型的高能固体激光系统用石榴石透明陶瓷,铽铝石榴石(Tb₃Al₅O₁₂, TAG)磁光陶瓷以其优良的磁光性能和高功率服役特性成为相关领域的研究焦点。本文聚焦于真空固相反应法制备TAG磁光陶瓷,尤其是烧结助剂和格位掺杂改性等方面的优化工作,通过对比得到了TAG陶瓷较为合适的添加剂种类,总结了TAG陶瓷长期以来质量难以进一步提升的根本原因,即对较大剂量烧结助剂的依赖和烧结助剂残留导致的组分不均匀性之间的矛盾关系。针对以上问题,介绍了本团队近期的研究进展,即一种通过Mg²⁺-Si⁴⁺格位共掺,在不减少MgO和TEOS绝对用量的情况下,通过一步真空固态烧结工艺制备更高光学质量TAG陶瓷的方法,最佳样品在1 064 nm处的透过率达到82.48%。采用晶格掺杂而非传统质量比添加烧结助剂,有望为高能激光系统用石榴石透明陶瓷质量进一步突破提供一种新的有效思路。

Nd∶TSAG晶体的生长及性能研究

窦仁勤, 黄磊, 王小飞, 高进云, 刘文鹏, 罗建乔, 张庆礼

2024, 53(11): 1936-1943.

摘要 ( 18 )

PDF (5093KB) ( 11 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

本文采用提拉法首次生长了晶体尺寸为ϕ50 mm×100 mm的Nd∶TSAG磁光晶体,对其结构、光谱、磁光及热学性能进行了研究,并对振子强度和线强、强度参数Ω_t、⁴F_3/2→⁴I_J能级间的跃迁概率、能级辐射寿命、荧光分支比等光谱参数进行了计算。对Nd∶TSAG多晶样品掺杂浓度进行了优化,Nd³⁺的最佳掺杂浓度(原子数分数)为1%。晶体及粉末X射线衍射分析结果表明,晶体为纯相且结晶质量较好,Nd³⁺在TSAG晶体中的分凝系数为0.64。Nd∶TSAG晶体在可见和近红外波段,除了Tb³⁺和Nd³⁺的特征吸收,透过率达到80%以上。在808 nm激发下,Nd∶TSAG的最强荧光峰在1 070 nm附近。Nd∶TSAG晶体在473、532、632.8、1 064 nm波长处的折射率分别为1.925 9、1.915 3、1.903 8和1.885 2,拟合了四参数Sellmeier折射率方程。采用消光法测试了Nd∶TSAG晶体在405、532、635、1 064 nm波长处的Verdet常数分别为599.8、202.8、152.3、46.8 rad·m^-1·T^-1。室温下,Nd∶TSAG晶体的热导率为3.95 W/(m·K)。研究结果表明,Nd∶TSAG是优异的磁光晶体,也是潜在的优异激光晶体,有望同时实现磁光和激光的功能。

稀土离子过量掺杂TSAG及YAG/TSAG复合结构透明陶瓷的制备与性能研究

冯桂青, 徐刘伟, 袁亚舟, 郑熠, 黄鑫, 陈旻, 王帅华, 吴少凡

2024, 53(11): 1944-1955.

摘要 ( 18 )

PDF (30840KB) ( 13 )

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本文研究了Nd³⁺、Ho³⁺、Dy³⁺和Ce³⁺稀土离子过量掺杂对TSAG陶瓷制备及相关性能的影响,结果表明:稀土离子过量掺杂对TSAG陶瓷的微观缺陷和透过率产生了一定的影响,晶粒表面存在非二次相的少量细小颗粒,从而导致陶瓷样品透过率下降。在相同测试波长下,稀土离子过量掺杂TSAG陶瓷的Verdet常数优于纯相TSAG陶瓷。此外,本文还探索了YAG/TSAG基双层复合结构陶瓷,成功制备了YAG/TSAG及YAG/2.0%Ce∶TSAG双层复合结构陶瓷,双层结构接触面形成了亚微米级厚度的过渡层,YAG/TSAG陶瓷在波长1 064 nm处的透过率达到71.0%,YAG/TSAG基复合陶瓷的成功制备,拓宽了TSAG材料在高功率激光器上的应用前景。

PLZT透明陶瓷的微区组分调控及梯度设计与电光性能研究

吴文杰, 何代华, 程思远, 何夕云

2024, 53(11): 1956-1963.

摘要 ( 15 )

PDF (16394KB) ( 10 )

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镧掺杂锆钛酸铅(PLZT)透明陶瓷因其优异的光学透明性和电光效应,在现代光通信和高能激光技术等领域具有重要应用前景。然而PLZT透明陶瓷的电光性能对环境温度变化非常敏感,增加了其在宽温度范围电光调制器中的应用难度。本文围绕PLZT(10/65/35)透明陶瓷开展了材料铁电、介电及电光性能随温度变化的相关研究,通过对关键掺杂离子La³⁺含量的微区调控和构建一定分布梯度,改善材料的电光性能及其温度稳定性。通过传统氧气氛热压烧结获得系列纯钙钛矿相结构的PLZT陶瓷,材料显微结构均匀致密;所有样品均呈现良好的光学透过率(52%~60%,λ=632.8 nm);随着La³⁺含量微量增加,PLZT陶瓷的介电峰谱弛豫性增大,同时微区La³⁺组分波动性增强的0-3复合和2-2复合PLZT陶瓷的介电温谱谱峰显著展宽且介电常数峰值提高;随温度的升高,陶瓷样品的铁电电滞回线(P-E)中最大极化值(P_max)、剩余极化值(P_r)和矫顽力场强(E_c)逐渐减小;0-3复合和2-2复合PLZT(10/65/35)陶瓷的铁电极化值P_max比均匀混合PLZT(10/65/35)陶瓷明显提高,且其等效二次电光系数在弥散相变温区显著增加。

无铅0.96KNNTS_x-0.04BNKZ透明压电陶瓷的制备及其光电性能研究

王亚祺, 付大石, 王亚男, 秦亚琳, 张永成

2024, 53(11): 1964-1971.

摘要 ( 15 )

PDF (17135KB) ( 8 )

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本文制备了0.96(K_0.48Na_0.52)(Nb_0.95-xTa_0.05Sb_x)O₃-0.04Bi_0.5(Na_0.82K_0.18)_0.5ZrO₃(即0.96KNNTS_x-0.04BNKZ, x=0.03, 0.04, 0.06, 0.07)无铅透明压电陶瓷,并探讨了不同Sb掺杂量对陶瓷压电性能和光学透明度的影响。结果表明,所有陶瓷样品均为钙钛矿结构,且Sb掺杂显著改善了陶瓷的压电性能和透明度。尤其在x=0.04时,样品的压电系数达到240 pC/N,光学透过率在波长780 nm处达到31.5%。该研究表明,通过成分设计调控,KNN基无铅陶瓷能够同时实现较好的透明度和高的压电性能,在光声成像和透明换能器等领域具有重要应用潜力。

光学窗口用透明陶瓷

Zn_1.1Ga_1.8Ge_0.1O₄透明陶瓷烧结过程的动力学研究

汪开强, 杨康, 靖正阳, 陈博文, 涂兵田, 王皓

2024, 53(11): 1972-1980.

摘要 ( 20 )

PDF (15201KB) ( 23 )

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尖晶石型Zn_1.1Ga_1.8Ge_0.1O₄是优秀的介电和长余辉基体材料,透明陶瓷的制备有望扩大其应用领域。本文对Zn_1.1Ga_1.8Ge_0.1O₄陶瓷的无压烧结动力学进行研究,结果表明Zn_1.1Ga_1.8Ge_0.1O₄陶瓷烧结过程的致密化和晶粒生长均由O^2-晶界扩散控制,其烧结中期的致密化活化能为(426±35) kJ/mol,烧结末期的晶粒生长活化能为(439±14) kJ/mol。通过将烧结工艺参数控制在“烧结窗口”中,获得了良好的无压烧结体显微结构。经过高温热等静压处理后得到Zn_1.1Ga_1.8Ge_0.1O₄透明陶瓷,其光学透过范围为0.3~9 μm,在2.5 μm处直线透过率达到81.2%。

基于双分散剂协同作用胶态成型制备氧化钇透明陶瓷

曲胜箫, 穆浩洁, 杨亮, 李晓东, 史树君, 孙旭东

2024, 53(11): 1981-1989.

摘要 ( 18 )

PDF (15314KB) ( 10 )

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分散良好的高固含量悬浮液是胶态成型方法获得微观结构均匀且尺寸精确的陶瓷素坯的前提,也是制备高光学质量透明陶瓷以满足光学窗口用需求的基础。本文旨在通过柠檬酸三铵(TAC)和聚丙烯酸铵(A40)两种分散剂的协同作用来提高Y₂O₃悬浮液的分散稳定性。研究了双分散剂混合比例对Y₂O₃悬浮液稳定性及成型素坯微观结构的影响,确定了双分散剂体系在提高Y₂O₃悬浮液固含量和稳定性方面的优势。结果表明,在TAC和A40的质量比为 7∶3条件下所制备的Y₂O₃悬浮液固含量可达38%(体积分数),成型的素坯微观结构均匀且颗粒致密堆积,素坯经1 800 ℃真空烧结后得到了直径为9 mm、厚度为1 mm的Y₂O₃透明陶瓷,在800 nm处透过率为70.34%。

纳米Y₂O₃粉体酸洗处理对透明陶瓷光学质量的影响

刘小龙, 付仲超, 吴南, 龙海波, 邵岑, 任轶, 侯朝霞, 张乐

2024, 53(11): 1990-1996.

摘要 ( 20 )

PDF (8039KB) ( 19 )

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Y₂O₃透明陶瓷具有优良的光学和物理化学性能,在固体激光器、透明窗口等领域有广阔的应用前景。粉体分散性一直是研究者在透明陶瓷制备过程中关注的重要方面,本文以国产商业纳米Y₂O₃粉体为原料,通过机械分散结合HF酸洗的方式提高粉体分散性,湿法成型后真空烧结,制备具有较高光学性能的Y₂O₃透明陶瓷。结果表明,超声结合酸洗的方式可有效提升粉体分散性和烧结活性,粉体D₅₀从3.5 μm降低至1.4 μm,制备得到Y₂O₃透明陶瓷的光学性能有明显提升,400 nm处透过率从酸洗前的65.5%提升至酸洗后的71.5%,为Y₂O₃透明陶瓷在固体激光器和窗口领域的应用提供可靠的制备工艺及理论基础。

Y³⁺∶CaF₂透明陶瓷的制备及其显微结构研究

刘作冬, 潘其悦, 刘瑞, 曹悦, 李思雅, 王嘉顺, 于永生, 刘鹏, 井强山

2024, 53(11): 1997-2003.

摘要 ( 23 )

PDF (10851KB) ( 26 )

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采用化学沉淀法合成Y³⁺∶CaF₂粉体,用真空热压烧结技术制备透明陶瓷。通过XRD、SEM与TEM分析粉体特性,并研究Y³⁺∶CaF₂透明陶瓷显微结构与透过率的关系。结果表明,Y³⁺∶CaF₂粉体为立方萤石相晶体结构。随Y³⁺掺杂量的增加,粉体的平均粒径尺寸逐渐减小,晶胞参数由5.452 1 Å增大到5.465 5 Å;在900 ℃下烧结3 h得到的5%Y³⁺掺杂的CaF₂陶瓷透过率最高,样品在500和1 500 nm处的透过率分别为73.1%和86.4%。改变Y³⁺掺杂量与烧结温度均可调控陶瓷的显微结构。晶粒生长速率低,气孔不易排出,速率过高,气孔易被包裹在晶粒内部,两种情况均会降低陶瓷的透过率。本研究工作为制备高品质复合结构CaF₂透明陶瓷提供了参考。

Pechini法制备Y₂O₃的煅烧温度对无压烧结AlON陶瓷透光性的影响

郭浩然, 闫晖, 单英春, 高铭泽, 徐久军, 李江涛

2024, 53(11): 2004-2012.

摘要 ( 25 )

PDF (11257KB) ( 18 )

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首先以Y(NO₃)₃·6H₂O为Y源,采用Pechini法制备前驱体,然后通过煅烧制得纳米Y₂O₃粉体,再将其作为烧结助剂,在1 880 ℃保温2.5 h无压烧结制备AlON透明陶瓷,研究前驱体煅烧温度对产物组成、形貌、粒度,以及所制备AlON陶瓷透光性的影响规律。结果表明,提高前驱体煅烧温度会促进有机物分解,但也会造成Y₂O₃颗粒长大,有机物残留和过大粒度的Y₂O₃粉体都不利于获得高致密度的高透光性AlON陶瓷。900 ℃煅烧2 h所得纳米Y₂O₃粉体适合作为快速无压烧结制备AlON透明陶瓷的烧结助剂,所制备的AlON陶瓷在波长~3 750 nm的透过率达83.4%。

镁铝尖晶石透明陶瓷吸收系数研究

雷牧云, 李祯, 王颖, 何敬晖, 王立弟, 庞珍丽

2024, 53(11): 2013-2021.

摘要 ( 23 )

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随着激光器功率的提高,高能激光系统对发射窗口的要求越来越高。镁铝尖晶石(MgAl₂O₄)透明陶瓷具有优异的光学、热学和机械性能,广泛用于红外制导窗口、高马赫航空器整流罩,以及极端环境下的光电设备窗口等,但用于激光发射窗口的相关报道尚不多。本文简要介绍镁铝尖晶石透明陶瓷在激光发射窗口的应用研制现状,针对该应用最为关注的性能,测试了目前用于透明防弹装甲和飞行器窗口的镁铝尖晶石透明陶瓷的吸收系数,分析了双金属醇盐法制备的镁铝尖晶石粉体和用热压结合热等静压工艺制备的镁铝尖晶石透明陶瓷的纯度,探讨了影响陶瓷吸收系数的因素。

简讯

富加镓业突破性进展——国内首次实现坩埚下降法生长3英寸氧化镓晶体

齐红基

2024, 53(11): 2022-2022.

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