1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 201899
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 透明陶瓷研究中心, 上海 201899
3 3.江苏铁锚科技股份有限公司, 海安 226602
4 4.江苏省高性能透明防护新材料重点实验室, 海安 226602
透明陶瓷兼具高强度、高硬度和优异的光学性能, 在轻量化透明装甲领域具有重要的应用前景。制备大尺寸和高光学质量透明陶瓷部件是实现其应用的主要挑战。本工作采用国产商业Al2O3和Y2O3为起始原料, 通过真空反应烧结工艺制备钇铝石榴石(Y3Al5O12, 简称YAG)透明陶瓷, 突破了大尺寸素坯干压成型与脱黏、真空烧结及光学性能提升等关键技术, 成功研制了低变形量、高光学质量的YAG透明陶瓷, 并通过成型和烧结设备的升级改造, YAG透明陶瓷的最大可制备尺寸达到1040 mm×810 mm×15 mm, 为后期应用奠定了坚实基础。
YAG 大尺寸 反应烧结法 透明陶瓷 YAG large size reaction sintering transparent ceramic
1 江苏大学 材料科学与工程学院，江苏 镇江 212013
2 中国科学院上海硅酸盐究所 透明陶瓷研究中心，上海 201899
3 中国科学院大学 材料科学与光电工程中心，北京 100049
实现高发光效率、高亮度和良好的热稳定性是固态照明的迫切要求。因此，用于高功率发光二极管或激光二极管（LED/LD）的高性能荧光转换材料具有重要的研究意义。在这项工作中，通过将Lu3+离子引入YAG∶Ce荧光陶瓷中方法作为有效策略来改善YAG∶Ce荧光材料的发光性能。采用固相反应和真空烧结法制备了不同Lu3+含量的（Lu，Y）3Al5O12∶Ce荧光陶瓷（LuYAG∶Ce荧光陶瓷）。随着Lu3+含量的增加，LuYAG∶Ce荧光陶瓷中的Y3+位点被Lu3+位点取代，Ce3+的发射峰呈现从573 nm到563 nm的蓝移现象。当Lu3+含量为60%时，通过将LuYAG∶Ce荧光陶瓷与蓝光LED组合，其发光强度达到最大值，流明效率达到114 lm?W-1。使用450 nm激光源与LuYAG∶Ce荧光陶瓷构建了透射模式下的激光驱动照明装置。随着功率密度从2.2 W·mm-2增加到39 W·mm-2，Lu3+含量为60%的荧光陶瓷光通量从128 lm增加到1 874 lm，且没有发光饱和的迹象，最佳发光效率达到128 lm·W-1。因此，LuYAG∶Ce荧光陶瓷有望成为高功率LED/LD照明的潜在荧光转换材料。
（Lu，Y）3Al5O12∶Ce荧光陶瓷 固态照明 荧光转换材料 高亮度 （Lu，Y）3Al5O12∶Ce transparent ceramic phosphors（TCPs） solid-state lighting color conversion materials high-brightness
1 北京有色金属研究总院有研国晶辉新材料有限公司, 河北廊坊 065001
2 北京有色金属研究总院有研资源环境技术研究院(北京)有限公司, 北京 101407
3 北京有色金属研究总院有研稀土新材料股份有限公司, 河北三河 065201
镁铝尖晶石透明陶瓷是一种优异的中红外材料, 被广泛应用在**领域和民用领域, 具有典型的军民通用特点。本工作研究了烧结工艺对镁铝尖晶石透明陶瓷物相、显微结构及光学性能的影响, 确定了适合高质量镁铝尖晶石透明陶瓷烧结工艺路线, 对加快大尺寸透明陶瓷装甲材料产业化具有重要意义。结果表明: 热压 MgAl2O4透明陶瓷中 Li离子可能以 LiAlO2形式存在；热等静压 MgAl2O4透明陶瓷的优先取向生长面为(311)；热压和热等静压工艺制备的 MgAl2O4陶瓷中 Al离子、 Mg离子偏离化学计量配比且 Al和 Mg摩尔比大于 2, 随着热等静压压力增大, 陶瓷内部小晶粒增多, 同时发现 MgAl2O4陶瓷晶粒尺寸控制在 20~40 μm有利于提升 3~5 μm平均透过率, 处理温度 1 750℃、压力 170 MPa条件下有利于提升 MgAl2O4透明陶瓷 3~5 μm波段的平均透过率, 平均透过率大于 85 %。同时, 发现热等静压烧结时间对提升 MgAl2O4透明陶瓷的红外透过率作用较小。
镁铝尖晶石透明陶瓷 热压 热等静压 物相分析 显微结构 光学性能 magnesia.alumina spinel transparent ceramic hot pressing hot isostatic pressing phase analysis microstructure optical performance
1 1.西南科技大学 环境友好能源材料国家重点实验室, 绵阳 621010
2 2.西南科技大学 核废物与环境安全国防重点学科实验室, 绵阳 621010
高熵陶瓷是近年来陶瓷材料研究的热点, 制备性能优异的高熵陶瓷是陶瓷材料的发展趋势。本研究采用燃烧法结合真空烧结制备出高熵透明陶瓷。测试结果显示燃烧法制备高熵(La0.2Nd0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2)2Zr2O7粉体的平均晶粒尺寸为8 nm, 高熵粉体为无序的缺陷萤石结构。在真空炉中不同温度烧结的高熵陶瓷具有有序的烧绿石结构。烧结温度对高熵透明陶瓷的在线透过率影响不大, 最大透过率为74%(@1730 nm), 其透过率光谱中出现大量吸收峰。随着烧结温度的升高, 陶瓷的体积密度有所上升, 晶粒尺寸增大, 而维氏硬度逐渐降低。
1 1.江苏大学 材料科学与工程学院, 镇江212013
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
3 3.华北光电技术研究所 固体激光科学与技术实验室, 北京100015
4 4.中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
Yb:YAG透明陶瓷由于具有宽的吸收带和发射带、高增益、低的热负载、长的荧光寿命、高的量子效率等优点而成为有应用前景的高功率固体激光器用增益介质。本研究优化了粉体的性能并制备了高透明的Yb:YAG陶瓷。以碳酸氢铵为沉淀剂, 分别以纯水或乙醇/水混合物为溶剂, 采用共沉淀法合成了5at%Yb:YAG纳米粉体。在1250 ℃下煅烧4 h得到的所有粉体均为纯YAG相。与纯水溶剂制备的粉体相比, 醇水溶剂制备的粉体具有更小的平均晶粒尺寸和更低的团聚程度。以醇水溶剂制备的粉体为原料, 采用真空烧结法在不添加烧结助剂的情况下成功制备了5at%Yb:YAG透明陶瓷, 并对1500~1825 ℃烧结20 h和1800 ℃烧结10~50 h所得陶瓷的微观结构和直线透过率进行了探究。除在1825 ℃下烧结20 h所得的陶瓷外, 其余的5at%Yb:YAG陶瓷都具有均匀的微观结构。在1800 ℃下烧结50 h制备的5at%Yb:YAG陶瓷具有最高的光学质量, 在1100和400 nm处的直线透过率分别为78.6%和76.7%(样品厚度为2.2 mm)。该Yb:YAG透明陶瓷在937 nm处的吸收截面为5.03×10-21 cm2, 在1031 nm处的发射截面为13.48×10-21cm2。
Yb:YAG透明陶瓷 醇水共沉淀法 真空烧结 微观结构 光学性能 Yb:YAG transparent ceramic alcohol-water co-precipitation vacuum sintering microstructure optical property
1 绍兴文理学院 数理信息学院, 浙江 绍兴 312000
2 温州大学 物理与电子信息工程学院, 浙江 温州 325035
3 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
报道了基于Nd∶YAG透明陶瓷4F3/2-4I15/2跃迁实现1.83 μm激光输出的研究。采用简单紧凑的平凹腔结构，结合对腔镜镀膜参数的设计，控制其他能级跃迁谱线对应波长激光的透射损耗来抑制较强能级跃迁对应的激光振荡。在入射抽运功率14.6 W的808 nm波长半导体激光端面抽运Nd∶YAG透明陶瓷，获得了0.65 W的1.83 μm激光输出，斜率效率5.8%。可见Nd∶YAG透明陶瓷可望成为获得1.8 μm波段激光直接输出的激光介质。
端面泵浦 1.8 μm波段 Nd∶YAG透明陶瓷 end pumped 1.8 μm laser Nd∶YAG transparent ceramic 强激光与粒子束
2017, 29(4): 041005
1 华南师范大学 信息光电子科技学院, 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
2 华南师范大学 实验中心, 广东 广州 510006
以高纯Al2O3、Y2O3、Cr2O3和 CeO2 为原料, 采用固相法制备了Ce, Cr∶YAG透明陶瓷。通过XRD测试和荧光测试, 研究了0.5%Ce3+, 0.1%Cr3+掺杂的YAG透明陶瓷片的晶相结构和光学性能。结果表明：1 750 ℃烧结获得的该陶瓷片为YAG纯相, 在可见光区的透过率达到了70%以上。在430 nm的光激励下, 透明陶瓷同时表现出了Ce3+、Cr3+的特征发射峰, 在补充白光LED的红光部分方面具有一定的实际应用价值。
固相反应 透明陶瓷 Ce Ce Cr∶YAG Cr∶YAG solid state reaction method transparent ceramic
1 华南师范大学信息光电子科技学院 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州510006
2 华南师范大学 物理与电信工程学院, 广东 广州510006
以高纯Al2O3、Y2O3 和 CeO2 为原料, 采用固相法制备Ce∶YAG(掺铈钇铝石榴石)透明陶瓷, 研究了稀土离子掺杂浓度以及烧结温度对陶瓷样品光学性能的影响。结果表明: 陶瓷片透过率随着烧结温度的升高而增大, 1 750 ℃烧结获得的0.5%Ce∶YAG陶瓷片的透过率高达81.7%。Ce∶YAG陶瓷片的激发峰和发射峰分别位于350 nm和530 nm处, 在白光LED领域具有极大的应用价值。
固相反应 透明陶瓷 Ce∶YAG Ce∶YAG solid state reaction method transparent ceramic
