【精品文章】钇铝石榴石(YAG)粉体的制备及应用简介

YAG粉体的合成与表征郑久松无机113班119024505一．综述1.YAG的基本性质1.1YAG简介钇铝石榴石(Y3AI5O12, YAG)空间群为O h10-Ia3d，属立方晶系，其晶格常数为1.2002nm，它的分子式结构又可写成：L3B2(AO4)3，其中L，A，B分别代表三种格位。

在单位晶胞中有8个Y3Al5O12分子。

一共有24个钇离子，40个铝离子，96个氧离子。

其中每个钇离子各处于由8个氧离子配位的十二面体的L格位，16个铝离子各处于由6个氧离子配位的八面体的B格位，另外24个铝离子各处于由4个氧离子配位的四面体的A格位。

八面体的铝离子形成体心立方结构，四面体的铝离子和十二面体的钇离子处于立方体的面等分线上，八面体和四面体都是变形的，其结构模型见图1。

石榴石的晶胞可看作是十二面体、八面体和四面体的连接网。

1.2YAG陶瓷材料发展历史YAG 透明陶瓷的研究始于20 世纪80 年代。

1984 年，G.De With 等首次报道了透明YAG 陶瓷的制备工艺。

采用固相合成法合成YAG 粉料，以0.05~0.15%SiO2或MgO 作为添加剂，经等静压成型后在1700～1800℃条件下真空烧结保温4h 制备出相对密度近100％的透明YAG 陶瓷。

1990 年，M.Sekita 报道了利用尿素共沉淀法制备Nd:YAG 粉体，等静压成型后于1700℃真空烧结3h，得到部分光学性能几乎与Nd:YAG 单晶相同的Nd:YAG 陶瓷，但是光的背底吸收较高，其透光率为70％左右。

1995 年，日本Ikesue 等采用高温固相反应方法首次制备出了高度透明的Nd:YAG 陶瓷。

对其折射率、热导率、硬度等物理特性的测量结果表明，Nd:YAG 透明陶瓷与Nd:YAG 单晶类似。

同时研制出世界上第一台能与Nd:YAG 单晶激光器相媲美的透明Nd:YAG 陶瓷激光器，用输出功率为600mW、输出波长为808nm 的激光二极管，采用端面泵浦技术，泵浦Nd3+浓度和单晶YAG 相当的YAG 陶瓷，结果表明，透明Nd:YAG 陶瓷的激光阈值仅比单晶稍高，斜率效率达到28%，激光最大输出功率为70mW。

共沉淀法制备掺钕钇铝石榴石纳米粉末反应机理的研究摘要：采用共沉淀法，以al（no3）·9h2o，y2o3，nd2o3和nh4hco3为原料，正硅酸乙酯为添加剂，制备出nd：yag纳米前驱体粉末。

探讨了共沉淀法制备nd：yag纳米粉末的反应机理。

研究结果表明：当ph值达到2.97时溶液出现沉淀；混合溶液生成沉淀物是由al3+的沉淀所决定的；al3+首先均相成核，随后y和nd离子以al沉淀物为异相核发生异相成核，形成的碳酸钇正盐均匀地包覆在碳酸铝沉淀物的表面上，形成核壳结构。

关键词：共沉淀法掺钕钇铝石榴石核壳结构study on the reaction mechanism of neodymium doped-yttrium aluminum garnet（nd：yag）nanopowders by the co-precipitation methodsong qiong1，2 su chunhui*1，2 zhu xiaowei1 song yangcheng1 wang chunyan1（1.jilin teacher′s institute of engineering and technology， changchun 130052，china）（2. school of material science and engineering，changchun university of science and technology，changchun 130022，china）abstract： the nd：yag precursor powders by the homogeneous coprecipitation method， using nd2o3， y2o3， al（no3）3·9h2o and nh4hco3 as raw materials， teos as sintering additive. discusses the homogeneous precipitation method for thepreparation of nd：yag nanometer powder and reaction mechanism.the results show that： when the ph value reaches 2.97， solution appeared precipitation； the mixed solution is composed of al3+ precipitate precipitate decision；al3+first homogeneous nucleation， then y3+ and nd3+occurs heterogeneous nucleation， the precipitate formed covered in al precipitate on the surface， forming a unique yttrium coated aluminum structure.key words： co-precipitation method neodymiumdoped-yttrium aluminum garnet core-shell structure一、引言掺钕钇铝石榴石（nd：yag）多晶透明陶瓷与单晶材料相比，具有制备工艺简单，成本低，制备周期短，尺寸大，掺杂浓度高，热稳定性好，可大批量生产等优点，因而是一种极有潜力的新型固体激光材料。

YAG激光器技术原理及应用YAG 激光器是以钇铝石榴石晶体为基质的一种固体激光器。

钇铝石榴石的化学式是Y3 Al5 O15 ,简称为YAG。

在YAG基质中掺入激活离子Nd3+ (约1%)就成为Nd:YAG。

实际制备时是将一定比例的Al2 O3 、Y2 O3 和NdO3 在单晶炉中熔化结晶而成。

Nd:YAG属于立方晶系, 是各向同性晶体。

由于Nd:YAG属四能级系统, 量子效率高, 受激辐射面积大, 所以它的阈值比红宝石和钕玻璃低得多。

又由于Nd:YAG晶体具有优良的热学性能, 因此非常适合制成连续和重频器件。

它是目前在室温下能够连续工作的唯一固体工作物质，在中小功率脉冲器件中, 目前应用Nd:YAG的量远远超过其他工作物质。

和其他固体激光器一样, YAG 激光器基本组成部分是激光工作物质、泵浦源和谐振腔。

不过由于晶体中所掺杂的激活离子种类不同, 泵浦源及泵浦方式不同, 所采用的谐振腔的结构不同,以及采用的其他功能性结构器件不同,YAG激光器又可分为多种, 例如按输出波形可分为连续波YAG激光器、重频YAG激光器和脉冲激光器等; 按工作波长分为1.06μmYAG 激光器、倍频YAG激光器、拉曼频移YAG 激光器(λ=1.54μm)和可调谐YAG 激光器(如色心激光器)等; 按掺杂不同可分为Nd:YAG激光器、掺Ho、Tm、Er等的YAG激光器; 以晶体的形状不同分为棒形和板条形YAG 激光器;根据输出功率(能量)不同, 可分为高功率和中小功率YAG激光器等。

形形色色的YAG 激光器, 成为固体激光器中最重要的一个分支。

[相关技术]激光材料;泵浦技术;固体激光器技术；电子技术[技术难点]尽管以YAG晶体为基质的YAG 激光器从问世迄今已经20多年, 技术和工艺都比较成熟并得到广泛应用, 但随着相关技术的进步, YAG激光器的研究工作仍旧方兴未艾, 依然是目前激光器研究的热点。

为了提高YAG 激光器的效率、输出功率和光束质量, 扩展其频谱范围, 人们在激光材料、结构和泵浦源及泵浦方式等技术和工艺方面继续开展研究和改进工作, 要解决的关键技术主要有:1、寻求新的激光材料。

钇铝石榴石( YAG)激光透明陶瓷研究进展作者：谢志鹏，薄铁柱来源：《佛山陶瓷》 2011年第1期谢志鹏，薄铁柱摘要：钇铝石榴石（YAG）激光透明陶瓷由于具有单晶、玻璃激光材料无可比拟的优势而成为研究热点，并得到迅速发展，高性能的稀土元素掺杂YAG透明激光陶瓷被相继报导。

本文综述了近年来国内外关于YAG激光透明陶瓷的最新研究成果，主要包括YAG微细粉体合成、烧结添加剂及多晶YAG透明陶瓷的致密化烧结技术，并对比了YAG透明陶瓷相对于YAG单晶的优势，最后对YAG激光陶瓷的应用进行了展望。

关键词：激光透明陶瓷；钇铝石榴石；激光输出；烧结技术；应用1前言第一个透明激光陶瓷材料是在1966年由真空热压烧结制得的掺Dy的CaF2（Dy2+:CaF2）陶瓷，并实现激光振荡，激光波长是2.36μm。

随后在1973~1974年间C.Creskovich等又研制出Nd：Y2O3-ThO2透明激光陶瓷。

自80年代中期，人们开始重点关注和研究钇铝石榴石（YAG）掺Nd3+、Yb3+、Ln3+、Er3+、Tm3+等稀土离子的激光透明陶瓷材料与器件。

1984年，荷兰Philips研究实验室的DeWithG等采用硫酸钇和硫酸铝的混合溶液作为初始原料，利用喷雾干燥法制得YAG先驱体，先驱体在1300℃煅烧分解得到单相YAG粉末；以SiO2和MgO为烧结助剂，经冷等静压成形，在真空条件下于1800℃烧结出YAG透明陶瓷，其相对密度接近100%，透光率在50%~80%，随后SekitaM采用均相共沉淀法，以尿素作为沉淀剂制备出Nd3+:YAG粉末，用冷等静压成形和真空烧结工艺制得不同掺Nd3+量的YAG陶瓷，其中1%Nd:YAG陶瓷的光谱性能与采用提拉法以及区熔法生长出来的单晶几乎一致。

但上述在初期制备的Nd:YAG陶瓷由于存在大的背景吸收而没能获得激光输出，并且在许多性能上也不能与相应的Nd:YAG单晶和钕玻璃激光器相比。

直到1995年，日本科学家IKesueA等在透明激光陶瓷这一领域取得重要突破。

钇铝石榴石化学式钇铝石榴石（Yttrium Aluminium Garnet，简称YAG）是一种重要的无机晶体材料，其化学式为Y3Al5O12。

下面将对钇铝石榴石的特性、应用以及制备方法进行介绍。

钇铝石榴石是一种具有高熔点、高硬度和优异光学性能的晶体材料。

它具有良好的光学透明性，可在可见光和红外光区域内传播光线，并且具有较低的光学散射。

这使得钇铝石榴石成为一种重要的激光材料和光学器件材料。

此外，它还具有较高的抗辐照性能和化学稳定性，可用于核工业和航天航空等领域。

钇铝石榴石在激光器中的应用非常广泛。

它具有宽的光谱范围，可以发射可见光和红外光，因此被广泛应用于激光切割、激光打标、激光焊接、医疗美容等领域。

此外，由于钇铝石榴石具有较高的抗辐照性能和化学稳定性，还可用于激光核聚变、核物理研究等高能物理实验中。

制备钇铝石榴石的方法有多种。

常见的制备方法包括固相法、熔盐法和溶胶-凝胶法等。

固相法是通过高温烧结方法制备钇铝石榴石晶体，首先将钇氧化物和铝氧化物混合均匀，然后经过高温处理，使其反应生成钇铝石榴石晶体。

熔盐法是将钇氧化物和铝氧化物放入适当的熔盐中，通过高温熔融处理，然后冷却结晶得到钇铝石榴石晶体。

溶胶-凝胶法是将钇和铝的有机盐溶解在适当的溶剂中，形成溶胶，然后通过加热和干燥使其凝胶，最后经过烧结得到钇铝石榴石晶体。

钇铝石榴石的制备方法与材料的性能密切相关。

不同制备方法得到的钇铝石榴石晶体具有不同的晶体结构和性能。

例如，溶胶-凝胶法制备的钇铝石榴石晶体具有较高的纯度、均匀的颗粒分布和细小的晶粒尺寸，因此在光学器件中具有更好的光学性能。

而熔盐法制备的钇铝石榴石晶体则具有较大的晶粒尺寸和较高的抗辐照性能，适用于核工业和高能物理实验等领域。

钇铝石榴石是一种重要的无机晶体材料，具有优异的光学性能和较高的化学稳定性。

它在激光器、光学器件、核工业和高能物理实验等领域有着广泛的应用。

制备钇铝石榴石的方法多种多样，可以根据具体的需求选择合适的制备方法。

钇铁石榴石提拉法钇铁石榴石，又称为YAG晶体，是一种重要的人工合成晶体材料。

它具有高硬度、高熔点和良好的光学性能，被广泛应用于激光技术、光学仪器和通信设备等领域。

本文将介绍钇铁石榴石的提拉法制备过程及其应用。

提拉法是一种主要用于合成晶体材料的方法，也是制备钇铁石榴石的常用方法之一。

这种方法利用高温熔融法将原料中的化合物溶解，然后通过快速冷却使晶体从溶液中生长出来。

钇铁石榴石的提拉法制备过程大致分为以下几个步骤。

将钇铁石榴石的原料以适量的比例混合，并加热至高温，使其熔融成液态。

在熔融过程中，需要控制熔体的温度和成分，以确保晶体的质量和性能。

接下来，将熔融的钇铁石榴石液体慢慢冷却，使其逐渐凝固。

在冷却过程中，晶体从溶液中生长出来，并逐渐形成完整的结晶体。

为了获得高质量的钇铁石榴石晶体，需要控制冷却速率和晶体生长的条件。

过快的冷却速率会导致晶体内部产生缺陷，降低晶体的质量；而过慢的冷却速率则会使晶体生长不完整，形成不规则的形状。

提拉法制备的钇铁石榴石晶体具有优异的光学性能，尤其在激光器领域有广泛的应用。

钇铁石榴石晶体具有较高的折射率和光学透明度，可以用于制备激光器的激光介质。

激光器利用钇铁石榴石晶体的特殊性能，通过激发晶体内部的掺杂离子，使其产生受激辐射，从而发射出一束高强度、高单色性的激光光束。

除了激光器领域，钇铁石榴石还在其他光学仪器和通信设备中得到广泛应用。

它可以用作光学窗口、透镜和棱镜等光学元件，用于改变和控制光线的传播和聚焦。

在通信设备中，钇铁石榴石晶体可以用于制备光纤放大器，增强光信号的传输和传播距离。

钇铁石榴石还具有一些其他的应用潜力。

由于其稳定性和耐高温性能，它可以用于制备高温陶瓷材料和热障涂层材料。

钇铁石榴石的提拉法制备方法简单可靠，制备出的晶体具有优异的光学性能，被广泛应用于激光技术、光学仪器和通信设备等领域。

随着科学技术的不断发展，钇铁石榴石的应用前景将更加广阔。