[发明专利]一种激光透明陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及透明陶瓷领域，特别涉及一种稀土掺杂YAG的激光透明陶瓷及其制备方法。

背景技术

掺杂Nd的YAG透明陶瓷材料是近十几年来激光工作物质制备领域最为重要的创新成果。相对于单晶，多晶YAG陶瓷具有更好的光学性能和高温力学性能，且制备工艺简单、成本低廉，可替代单晶YAG，被广泛认为是非常优异的激光基质材料。

1990年，日本学者M.sekita 等采用化学共沉淀法制备YAG粉料，用等静压成型和真空烧结工艺制得不同掺钕量的YAG陶瓷，其中lat%Nd:YAG 陶瓷除具有较大的背景吸收外，其它光谱性能几乎与单晶Nd:YAG 相同。1995年日本A.Ikesue 首次利用高纯度的Al₂O₃、Y₂O₃、Nd₂O₃为原料，以SiO₂为烧结助剂，采用固相真空烧结工艺制备出高度透明的Nd:YAG 陶瓷，相对密度为99.98%，其折射率和热导率与单晶相当。在此基础上研制出了世界第一台能与Nd:YAG 单晶激光器相媲美的透明Nd:YAG 陶瓷激光器。在此推动下使得Nd:YAG 透明陶瓷制备技术得到飞速发展。随后，日本神岛(Konoshima)化学公司采用一种新的方法即:纳米技术制备粉料和真空烧结技术成功制备出了高透明Nd:YAG 陶瓷。透明的Nd:YAG 陶瓷的吸收、发射和荧光寿命等光学性能与单晶几乎一致，以这种陶瓷制备的激光器激光输出功率达317mw。

2007 年2月，美国劳伦斯Livermore 实验室的科学家们利用日本Konoshima 化学公司生产的Nd:YAG 透明陶瓷，研制的全固态热容激光器(SSHC，采用尺寸为100、100、20mm 透明激光陶瓷作为激光工作物质)实现最大输出功率达67kw，它可以在7 秒内将25mm 厚的钢板击穿。这引起了各国国防部门的极大关注，使得Nd:YAG 激光陶瓷材料代替激光晶体成为美国军方未来固体激光武器使用材料的重要选项。它代表了迄今固体激光技术发展的最高水平，并将成为未来10 年最重要的演示论证项。

国内关于YAG 透明陶瓷的研究始于2000年。2004年，东北大学采用高纯 A1₂O₃ 和Nd₂O₃ 以及采用Y₂(OH)₅(NO₃)·nH₂O 热解自制的Y₂O₃ 超细粉为原料，采用固相反应工艺，得到了高透光的Nd:YAG 陶瓷，其在可见光区最大透光率为63%，在红外光区的透光率接近70%。2006年5月，中国科学院上海硅酸盐研究所经过近6 年的相关研究与大量的实验、测试，采用高纯商业A1₂O₃、Nd₂O₃和Y₂O₃超微粉体作为原料、在1650~1780℃真空条件下保温10h 以上，成功制备了高质量的Nd:YAG透明陶瓷，在国内首次实现了Nd:YAG 透明陶瓷的激光输出。

从目前已有的文献和专利分析，较成熟的YAG透明陶瓷的制备方法是采用固相法或液相法制备氧化物或YAG粉体，然后将半成品进行真空烧结。真空烧结工艺虽然可以制备出质量较好的样品，但是该烧结工艺周期长，约2~3天，受限因素较多如升温速度、保温时间及降温速度等，不易控制，成本较高。

此外，采用真空烧结时，需要配合多种烧结助剂的使用，如TEOS、MgO、CaO或SiO₂等，才使得产品烧结致密。但是，过多的使用烧结助剂等添加剂，会引入杂质，降低制品的纯度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种激光透明陶瓷的制备方法，其在保证产品获得优异性能的前提下，仍能降低烧结工艺耗时，降低成本。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种激光透明陶瓷的制备方法，减少烧结助剂的使用。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种采用上述激光透明陶瓷的制备方法制成的激光透明陶瓷。

为达到上述技术效果，本发明提供了一种激光透明陶瓷的制备方法，包括：