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钇铝石榴石(YAG)单晶是一种性能优异的激光介质材料,但是多晶YAG透明陶瓷由于在制备技术和材料等方面具有单晶激光材料无法比拟的优势,因此必将得到广泛的关注从而成为YAG单晶材料极具潜力的替代物。
YAG透明陶瓷的制备对粉体的要求比较严格,主要是因为陶瓷材料在制备过程中形成的显微结构,很大程度上是由陶瓷粉体的特性所决定的。我们制备的粉体应该具有较高的纯度,较高的烧结活性,颗粒均匀、超细以及纯相。但是各种合成粉体的方法在一定程度上仍然存在自身的劣势,从而最终影响了陶瓷块体的性能。
化学共沉淀法在合成工艺、经济成本、生产效率、粉体性能等方面具有综合优势。化学共沉淀法的关键是在反应发生前实现溶液良好的微观混合,以提供一个一致的过饱和度环境,使得产物颗粒能够均匀成核生长。本论文主要基于化学共沉淀法,分别采用微流体快速混合沉淀法和微通道反应的方法来制备YAG纳米粉体。两种方法采用流体溶液均匀混合的方法,可以减小并消除多组分盐溶液和沉淀剂混合过程中产生的浓度梯度,从而实现各离子组分的同时沉淀和均匀分布,为制备纯相YAG粉体提供了依据。
本论文主要针对YAG纳米粉体的合成过程以及产物的结构、组成、性能与工艺因素等的关系进行了系统的理论研究。采用XRD、IR、TG-DTA、BET、SEM等表征手段对前驱体以及煅烧后所得的粉体进行性能表征。研究工作表明:合成过程中沉淀剂浓度,盐溶液浓度,摩尔比,pH值等因素对合成纯相YAG纳米粉体及合成粉料的性能均有影响。优化实验条件下,以2at%的Nd3+取代YAG中的Y3+,经900℃煅烧4 h后得到纯相Nd:YAG粉体,颗粒大小40 nm左右,粉体粒径分布均匀,形状近球形,适宜后期透明陶瓷的制备。