固体激光器用Nd:YAG透明陶瓷的制备工艺、组织与性能研究

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Nd:YAG透明陶瓷相比于单晶具有制备周期短、成本低、掺杂浓度高、光学均匀性好且易获得大尺寸的样品等优点,在作为高功率固体激光器的工作物质上显示重要的应用价值。因此,系统地研究Nd:YAG透明陶瓷是亟待开展的工作。  本论文主要研究了Nd:YAG粉体及透明陶瓷的制备工艺、组织与性能之间关系,分别采用共沉淀法和溶胶-凝胶法合成Nd:YAG粉体,并创新地以宽带CO2激光烧结制备Nd:YAG透明陶瓷。利用TG-DTA、XRD、FT-IR、SEM和分光光度计等测试手段对样品的组织与性能进行表征。  共沉淀法合成的前驱沉淀物采用乙醇清洗,能使前驱物颗粒间的氢键作用大大减弱,从而抑制团聚发生,干燥后经1000℃焙烧2h后就获得了纯相、分散的Nd:YAG粉体,粉体粒径约为50nm,近似球形。溶胶-凝胶法合成出来的干凝胶经800℃焙烧2h已经明显析出YAG相,伴有少量的YAP中间相,950℃焙烧后全部转变成YAG立方晶相,所得Nd:YAG粉体为片状,颗粒尺寸约为0.5μm。综合比较两种方法合成的Nd:YAG粉体发现,采用共沉淀法获得的为近似球形的纳米粉体,这种纳米粉体烧结活性高,是制备透明陶瓷的理想粉体。  宽带激光烧结工艺参数对Nd:YAG透明陶瓷组织与性能有深刻地影响,激光的能量密度过高,易造成Nd:YAG烧结体变形、产生气孔;能量密度不足,则不利于晶粒生长,得不到透明的烧结体。在优化的宽带激光烧结工艺参数(P=400W,V=4mm/s,D=16mm×2mm)条件下,所烧结的Nd:YAG透明陶瓷的致密度达到理论密度的99%,微观组织为沿激光束方向的柱状晶粒,柱状晶宽度约为20μm,长度达到100μm;Nd:YAG透明陶瓷在808nm有明显的吸收,在可见光区域的最大透光率达到40%,在红外波段1.06μm的透光率为43%。
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