高性能Nd-YAG激光透明陶瓷的制備及激光實驗.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，具有良好的光學性能和機械強度以及穩(wěn)定的物理化學性質，被廣泛應用于激光增益介質及透明窗口材料。
　　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助劑，采用固相反應法，利用真空燒結技術，在高溫下制備1at％Nd:YAG激光透明陶瓷。實驗中，我們深入研究和討論了原料 Y2O3不同溫度熱處理對樣品透過率的影響及其機理；運用高能球

2、磨機制備了粒度較小、尺寸均一的Y2O3粉體，并使用其制備了實驗樣品且展開了相關分析；運用冷等靜壓技術制備樣品素坯，并與傳統(tǒng)手動壓片對比中體現(xiàn)其優(yōu)勢；將真空燒結過程的升溫階段和保溫階段分而研究，在詳細對比分析其現(xiàn)象和探討機理中，確定最佳升溫速率和保溫時間；探究了退火處理影響樣品透過率的內因；最終進一步改進實驗方案，制得高質量實驗樣品，并搭建出光系統(tǒng)，對樣品進行出光試驗。最終我們得到如下結論：
　　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構，且有大量空隙存在于斷層之中，這些空隙在一定程度上會形成樣品內部影響透過率的氣孔。對氧化釔進行熱處理，能有效消除這些空隙，進而減少樣品內氣孔的形成而提高樣品透明度。
　　2）通過高能球磨機球磨處理，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，可促進燒結過程的進行并提高其致密化程度。
　　3）運用冷等靜壓機壓片，可使得樣品素坯具有良好的致密性和均勻性，

4、一方面可在燒結前最大程度減少樣品內部的氣孔，另一方面良好的均勻性有利于樣品在燒結過程中形成尺寸均勻的晶粒，而減少光在樣品內部的損耗，從而提高樣品透過率。
　　4）燒結過程升溫速率為1℃/1.5min，既可為樣品內氣孔排出提供足夠時間，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）燒結過程中保溫時間的延長，有利于氣孔的最大化排出和增加樣品的致密性，進而提高樣品透過率。在實驗對比中

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