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铌酸锂是一种集声光、压电、光弹、光折变及激光活性等效应于一身的罕见晶体,具有优良的非线性光学效应,在激光非线性光学和集成光学等领域有着广泛的应用。铌酸锂晶体还是一种电光晶体,现已成为重要的光波导材料。随着近几年来无铅压电陶瓷的研究进展,铌酸锂陶瓷作为基底的压电陶瓷体系成为了研究热点。铌酸锂基无铅压电陶瓷已成为继BNT之后的又一重要的无铅压电陶瓷体系研究对象。
本文以铌酸锂晶体和陶瓷为研究对象,分别从铌酸锂晶体掺杂改性,CO<,2>激光烧结制备铌酸锂陶瓷,准分子激光辐照改性铌酸锂晶体等几方面对其进行了深入研究。首先,对铌酸锂晶体进行掺杂改性实验,对不同掺杂组分晶体的介电性能和压电性能进行系统的测量试验,探索高掺镁对铌酸锂晶体介电性能和压电性能的影响。然后,使用CO<,2>激光作为热源烧结制备铌酸锂陶瓷,测试了激光烧结铌酸锂陶瓷的介电、压电性能,通过X射线衍射、扫描电镜和拉曼光谱表征,分析了激光烧结铌酸锂陶瓷的物相、显微结构和性能改变的机理。最后,使用KrF准分子激光对铌酸锂晶体进行辐照改性试验,通过扫描电镜(SEM),光学显微镜和拉曼光谱分析了准分子激光对铌酸锂晶体表面的破坏规律。
通过分析试验数据,发现高掺镁铌酸锂晶体相对介电常数由大到小依次是掺杂量为0%,3%,7%和5%的样品,而掺杂量的不同则对晶体的压电常数d<,33>几乎没有影响。确定了CO<,2>激光烧结制备铌酸锂陶瓷具体的烧结工艺,烧结温度为980℃,烧结时间为10-30 min。激光烧结试样的拉曼峰比传统炉烧的略显尖锐,线宽略窄,说明激光烧结有利于减少烧结过程中锂的挥发,与采用传统固相反应烧结技术制备的铌酸锂陶瓷相比,激光烧结制备的铌酸锂陶瓷相对介电常数降低、易于极化、压电常数d<,33>为6 pC/N。准分子激光辐照的铌酸锂晶体,随着激光辐照强度的不断增强,晶体表面被破坏程度越来越剧烈,可辨认的拉曼峰就越来越少,且伴有由于光压冲击作用导致的晶体表面物质剥落。而在相同辐照强度的作用下,未抛光晶片表面的破坏程度要比抛光晶片严重。