浙大材料科学基础Ⅱ课专题三资料.docx

PAGE \* MERGEFORMAT10 Y3Al5O12（YAG）及其与Y3Al5O12相关的相图 目录  TOC \o 1-3 \h \z \u  HYPERLINK \l _Toc434837731 1. YAG及其结构  PAGEREF _Toc434837731 \h 2  HYPERLINK \l _Toc434837732 2. 掺杂YAG激光晶体、YAG荧光粉和YAG透明陶瓷的制备、性能与应用  PAGEREF _Toc434837732 \h 3  HYPERLINK \l _Toc434837733 2.1.1 掺杂YAG激光晶体的制备、性能与应用  PAGEREF _Toc434837733 \h 3  HYPERLINK \l _Toc434837734 2.1.2掺杂YAG荧光粉的制备、性能与应用  PAGEREF _Toc434837734 \h 6  HYPERLINK \l _Toc434837735 2.1.3掺杂YAG透明陶瓷的制备、性能与应用  PAGEREF _Toc434837735 \h 7  HYPERLINK \l _Toc434837736 3.YAG有关相图  PAGEREF _Toc434837736 \h 9  HYPERLINK \l _Toc434837737 参考文献：  PAGEREF _Toc434837737 \h 10  YAG及其结构 钇铝石榴石(polycrystalline aluminum-yttrium garnet，YAG)的化学式为Y3Al5O12，或写为3Y2O3·5Al2O3，其中Y2O3为57.06wt%，Al2O3为42.94wt%，是一种综合性能（包括：光学、力学和热学）优良的激光基质。因为Nd:YAG具有较高的热导率和抗光伤阈值，同时三价钕离子取代YAG中的钇离子无需电荷补偿而提高激光输出效率，使它成为用量最多、最成熟的激光材料。此外，为了寻找新的激光波长，对YAG基质进行了Er、Ho、Tm、Cr等的单独或组合掺杂，获得了数种波长的激光振荡。YAG的部分性质如图1。 图  SEQ 图 \* ARABIC 1 YAG属于立方晶系，它的晶格常数为1.2002nm，它的分子式可以写成：L3B2（AO4）3，其中：L，A，B分别代表3种格位。在单位晶胞中有8个Y3Al5O12分子，一共有24个钇离子，40个铝离子，96个氧离子。每个钇离子各处于由8个氧离子配位的十二面体的L格位，16个铝离子各处于6个氧离子配位的八面体的B格位，另外24个铝离子各处于由4个氧离子配位的四面体的A格位。八面体的铝离子形成体心立方结构，四面体的铝离子和十二面体的钇离子处于立方体的面等分线上，八面体和十二面体都是变形的，其结构模型如图2。石榴石的晶胞可看作是十二面体、八面体和四面体的连接网。 石榴石系列的一个突出特点是在晶体结构中可以有较大范围的阳离子取代，进入石榴石晶体结构的阳离子取代何种离子，主要取决相互取代离子间的相对离子半径大小，较大的阳离子常优先占据八配位十二面体空隙位置；较小的阳离子则往往占据四配位四面体空隙位置。如La系稀土元素三价离子因离子半径与Y3+相近，部分取代Y3+而形成Nd?(Yb，Tb，Er……):YAG。 图  SEQ 图 \* ARABIC 2 掺杂YAG激光晶体、YAG荧光粉和YAG透明陶瓷的制备、性能与应用 掺杂YAG激光晶体的制备、性能与应用 YAG激光晶体的生长方法主要有提拉法和温梯法。 提拉法： 提拉法，是1917年由丘克拉斯基(Czochralski)发明的一种合成晶体的方法，所以也称“丘克拉斯基法”，是一种从熔融状态的原料生长晶体的方法。 提拉法的原理是利用温场控制来使得熔融的原料生长成晶体。用于晶体生长的的原料放在坩埚中加热成为熔体，控制生长炉内的温度分布（温场），使得熔体和籽晶/晶体的温度有一定的温度梯度，这时，籽晶杆上的籽晶与熔体接触后表面发生熔融，提拉并转动籽晶杆，处于过冷状态的熔体就会结晶于籽晶上，并随着提拉和旋转过程，籽晶和熔体的交界面上不断进行原子或分子的重新排列，逐渐凝固而生长出单晶体。 下面的图形是提拉法晶体生长的简单原理示意图，从中可以了解提拉法晶体生长的机理与过程。 图  SEQ 图 \* ARABIC 3 优点：由于晶体不与坩埚接触，可大大降低晶体的残余应力；在晶体生长的任何阶段都可以从熔体中取出晶体；在晶体生长过程中能够很容易地控制晶体的大小。 缺点：由于在晶体生长过程中存在提拉、旋转机械运动，引起熔体不规则的对流运动，影响温场的稳定性；而且晶体是在熔体表面处进行生长，