YAG透明陶瓷及YAG-ZrO2复相陶瓷的烧结及性能研究
钇铝石榴石(YAG)属于立方晶系结构，具有优良的光学、力学、机械性能，在固体激光器上应用非常广泛。稀土离子可以把YAG晶体中位于十二面体晶格中的Y3+取代，形成稀土掺杂YAG透明陶瓷，可以克服YAG晶体的制备过程以及一些性质中的各种限制问题，是一种非常优异的激光介质材料。本文以高纯Y2O3、Al2O3，以及稀土氧化物为原料，采用固相反应法，结合真空烧结技术分别制备了不同掺杂浓度的(1.0at％、3.0at％、5.0at％)Nd∶YAG透明陶瓷，(1at％)Pr∶YAG透明陶瓷、(1at％)Sm∶YAG透明陶瓷。系统研究了稀土掺杂YAG陶瓷粉体的煅烧温度以及颗粒形貌，透明陶瓷的透过率、致密度、硬度等性能。对合成的YAG粉体与3Y-TZP进行均匀掺杂合成3Y-TZP/YAG复相陶瓷，系统考察了不同掺杂比和煅烧温度对复相陶瓷的密度、收缩率、致密度、微观结构、晶相以及力学性能的影响，研究YAG对3Y-TZP低温老化性能的改善作用。 本研究主要内容包括：⑴采用固相反应法合成YAG前驱体，在1500℃煅烧3h，形成了纯YAG相，没有杂质相和中间相的存在，颗粒均匀。制备的不同掺杂浓度的Nd∶YAG陶瓷粉体，1 at％Nd∶YAG粉体的最强衍射峰强度值最强，表明具有非常好的烧结活性，结晶度高。1800℃真空烧结20h得到的1at％Nd∶YAG透明陶瓷致密度最高、硬度达到最大，且具有非常高的光学透过率，在波长1064nm处的直线透过率高达78.70％。⑵1800℃真空烧结制备得到1at％Nd∶YAG、Pr∶YAG和Sm∶YAG透明陶瓷，1500℃煅烧的YAG粉体颗粒分布均匀、具有非常好的烧结活性。制备的透明陶瓷致密度高，具有非常好的力学性能，其维氏硬度分别达到1354.5 MPa、1340.1MPa和1202.8MPa。透明陶瓷表现出非常好的光学透过率，均能看清纸上字迹，在1064nm的直线透过率达到78.70％、53.80％、50.55％。⑶采用不同YAG与3Y-TZP的质量比进行混合制备3Y-TZP/YAG复相陶瓷。1500℃煅烧3h的复相陶瓷具有非常高的致密度、收缩率和力学性能表现出非常好的机械性能。在不同YAG含量的复相陶瓷中，添加少量的YAG，对复合陶瓷的力学性能起到提升作用。2％YAG的陶瓷的三点抗弯强度达到328.9MPa，YAG添加量为4％时，维氏硬度高达1382.2MPa。添加YAG对3Y-TZP陶瓷的低温老化现象具有明显的抑制作用。
透明陶瓷;真空烧结;固相反应;低温老化
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
杨儒
2015
中文
TQ174.758.23;TQ174.652
87
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）