Nd_YAG透明陶瓷的研究_王皓

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随着激光技术的不断发展，激光器在工业、医疗 和军事等方面发挥着日益重要的作用． 而它常用的 固体激光工作物质掺钕钇铝石榴石晶体（ Nd： YAG 晶体） 由于存在制备周期长、制备工艺复杂、生产成 本 高、掺 杂 浓 度 低 等 缺 点 制 约 了 其 更 广 泛 的 应 用［1］． 透明陶瓷拥有作为陶瓷本身的优良物理化学 性能［2］，如 热 导 率 高、强 度 大、熔 点 高 等 特 点，拥 有 比单晶更加优越的性能，透明陶瓷无论是在军事、医 疗还是在科研、工业上都有很好的应用前景． 近年 来，国外在使用 Nd： YAG 多晶透明陶瓷代替 Nd： YAG
第 47 卷
图 1 使用商业高纯 Y2 O3 固相法合成的 YAG 透明陶瓷透 过率曲线及照片
Figure 1 Transmittance curve and the photo of the Nd： YAG transparent ceramic prepared by commercial Y2 O3 powder
3 结论
采用商 业 Y2 O3 粉 末 以 及 共 沉 淀 法 处 理 后 的 Y2 O3 粉末作为原料，利用固相反应法制备了高透过 率的 Nd： YAG 透明陶瓷． 采用自制的 Y2 O3 粉末为 原料的 Nd： YAG 样品的透过率高达 78% ． 因此，通 过改进实验方法以及进一步改进实验原料的途径可 有效的提高 YAG 陶瓷材料的透明度． 在后续的研 究中，我们将进一步开展 YAG 透明陶瓷材料的研究 工作，实现 Nd： YAG 陶瓷的激光输出．
2 碳铵沉淀法处理 Y2O3 原料粉体及 Nd： YAG 透明陶瓷
为了进一步提高陶瓷样品的透明度，我们对原 料 Y2 O3 进行了处理，自制纳米 Y2 O3 原料粉末． 对 商业 Y2 O3 原料粉末，通过使用碳酸氢铵作为沉淀 剂的均匀沉淀法，制备高纯纳米 Y2 O3 粉末． 将制备 获得的 Y2 O3 粉末作为原料，再加以适量的商业氧 化铝超细粉以及 Nd2 O3 粉末，通过固相球磨混合， 粉末经 等 静 压 成 型 后，坯 体 在 1 700 ℃ 真 空 烧 结 10 h，并在 1 450 ℃ 保温退火 20 h，获得高透明 Nd： YAG 陶瓷． 使用自制的 Y2 O3 粉末作为原料而制备 获得的 Nd： YAG 透明陶瓷透光率有所提升，在1 064 nm 处的光线直线透过率高达 78% ，透明陶瓷样品 照片及透过率曲线如图 2 所示．
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基金项目： 国家高技术研究发展计划（ 863 计划） 项目（ 2012AA040210） ； 国家自然科学基金项目（ 51102100） ； 2015 年广州市珠江科技新星项目
* 通讯作者： 曾群，副研究员，Email： qunzeng@ scnu． edu． cn．
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华 南 师 范 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版）
剂，并加入一定量的酒精作为分散剂． 球磨结束后， 放入干燥箱，在 120 ℃ 干燥 24 h，均匀混合的粉体． 将合成的 YAG 前驱粉体不经过 YAG 粉体合成阶段， 经 1 750 ℃ 真空烧结获得透明陶瓷，陶瓷样品双面经 研磨抛光后，在 1 064 nm 处的光线直线透过率达到 74% ，透明陶瓷样品照片及透过率曲线如图 1 所示．
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Ｒesearch on Transparent Ceramics of Nd： YAG
Wang Hao，Zeng Qun* ，Liu Songhao
（ Laboratory of Nanophotonic Functional Materials and Devices，School of Information and Photoelectronic Science and Engineering， South China Normal University，Guangzhou 510006，China）
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参考文献：
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1 固相法制备 YAG 纳米粉体及透明 陶瓷
采用固相反应法制备 YAG 粉体，主要以高纯 Y2 O3 和 Al2 O3 为原料，以高纯氧化铝球为球磨子， 加入少量的正硅酸乙酯 （ TEOS） 和 MgO 作为添加
收稿日期： 2014 － 12 － 09
《华南师范大学学报（ 自然科学版） 》网址： http： / / journal． scnu． edu． cn / n
法［5 － 7］是最直接、简便的方法，通过球磨、干燥即可 得到粉体，在 1 500 ～ 1 700 ℃ 的高温下煅烧可以获 得纯相 YAG，但具有易引入杂质导致晶格缺陷、难 以获得超细粉体等缺点． 与固相法相比，运用化学 法［8 － 10］制备粉体，虽然工艺稍显复杂，但更易获得 高纯度超细粉体． 目前化学法制备 YAG 透明陶瓷 一般采用 Y（ NO3 ） 3 ·6H2 O、Al（ NO3 ） 3 等分析纯原 料，该原料价格昂贵，工艺成本过高，有待探索更低 廉高效的工艺． 我们采用固相法制备了高透透明陶 瓷，并结合共沉淀法，对 Y2 O3 进行处理，进一步提 高了透明陶瓷的光线直线透过率．
单晶作 为 激 光 器 工 作 物 质 的 方 面 取 得 了 重 大 的 突 破［3 －4］，制造出了性能稳定的高功率固体激光器． 要 制备高品质的 Nd： YAG 透明陶瓷，首先是要制备出纯 相、分散性好、粒径较小（ ＜ 100 nm） 及颗粒均匀的纳 米粉体．
合成 YAG 纳米粉体的主要方法有固相法、共沉 淀法、溶胶 － 凝胶法、水热法和溶剂热法、硝酸盐热 解 法、醇 盐 水 解 法、燃 烧 合 成 法 等． 其 中，固 相
Abstract： Nd： YAG transparent ceramics are prepared by solid-state reaction method in this investigation． And it is found that the transmittance of the Nd： YAG transparent ceramics could be improved by using Y2 O3 powder prepared by ammonium carbonate precipitation method． The results show that the transparent ceramics with high linear transmittance at 1 064 nm （ ～ 74% ） could be obtained by using high-purity commercial raw materials． And by using Y2 O3 powder prepared by ammonium carbonate precipitation method，the linear transmittance of the transparent ceramics could be improved up to 78% at 1 064 nm． Key words： Nd： YAG transparent ceramics； Y2 O3 ； Co-precipitation method； solid-state reaction method
王 皓，曾 群* ，刘颂豪