[发明专利]一种无烧结助剂的钇铝石榴石粉体、钇铝石榴石陶瓷、其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种无烧结助剂的钇铝石榴石(YAG)粉体、钇铝石榴石陶瓷、其制备方法与应用。所述YAG粉体包括(RE_xY_1‑x)₃Al₅O₁₂、粘结剂和分散剂的质量比为100:(0.1‑1.0):(0.1‑1.0)；其中，x＝0‑1，RE代表稀土元素。YAG粉体经煅烧、冷等静压成型方式获得陶瓷素坯，将素坯置于模具中采用放电等离子烧结或闪烁烧结，将陶瓷进行抛光处理，即可得到钇铝石榴石透明陶瓷。本发明提供的陶瓷无需添加烧结助剂，通过压力、高电压多场耦合烧结的方式实现了YAG完全致密，晶界处无异相析出，晶界干净，晶界层非常薄，可显著降低陶瓷的散射损耗，近红外波段直线透过率达到理论值。

技术领域

本发明涉及一种无烧结助剂的钇铝石榴石(YAG)粉体、钇铝石榴石(YAG)陶瓷、其制备方法与应用，属于激光透明陶瓷制备技术领域。

背景技术

激光技术作为当代科学技术“四大发明”之一，在科学研究、军事、工业生产、生物医疗等重要领域有广阔的应用前景。其中固体激光以峰值功率高体积小、结构简单等优点，在激光应用领域处于主导地位。

激光材料是固体激光器的核心，是面向大能量、高功率全固体激光器发展重要单元。市场上激光材料主要是稀土掺杂的YAG(钇铝石榴石)单晶和钕玻璃。目前YAG单晶常用提拉法生长，但该工艺成本高，生产周期长，难以实现稀土高浓度掺杂和大尺寸制备。钕玻璃虽然成本低，工艺简单，但是其热导率为YAG单晶的1/14，且硬度和软化点低，难以实现连续高功率激光输出。与YAG单晶和钕玻璃相比，YAG透明陶瓷可实现稀土高浓度掺杂，制备周期短，成本低，根据实际生产要求调控尺寸和形状，易于实现大尺寸制备，以及复合结构设计，且其具有与单晶相媲美的光学性能和激光性能，是替代单晶最有竞争力的激光材料。

目前研究制备YAG透明陶瓷材料基本都有添加烧结助剂，如TEOS，SiO₂，MgO，La₂O₃，CaO等，因为YAG陶瓷的合成温度高，不加入适当的助剂是很难烧结致密的，适当添加烧结助剂使晶格畸变，可以降低陶瓷的烧结温度，促进烧结，同时抑制晶粒异常长大，提高材料的致密性。但是添加烧结助剂，无疑引入了异相，烧结后在晶界处残留的玻璃相成了激光陶瓷的散射中心源，并且材料的力学性能会由这些非晶态的晶界控制。

发明内容

本发明提供一种YAG粉体，所述YAG粉体包括(RE_xY_1-x)₃Al₅O₁₂、粘结剂和分散剂，所述(RE_xY_1-x)₃Al₅O₁₂、粘结剂和分散剂的质量比可以为100:(0.1-1.0):(0.1-1.0)；

其中，x＝0-1，例如x＝0-0.5，优选x＝0-0.1，作为示例，x＝0、0.01、0.02；

其中，RE代表稀土元素。

优选地，所述(RE_xY_1-x)₃Al₅O₁₂、粘结剂和分散剂的质量比可以为100:(0.2-0.6):(0.5-1.0)；示例性地，所述述(RE_xY_1-x)₃Al₅O₁₂、粘结剂和分散剂的质量比为100:0.5:0.6或100:0.3:1。