[发明专利]双掺杂稀土离子的钇铝石榴石透明陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双掺杂稀土离子的钇铝石榴石透明陶瓷材料及制备方法，属于先进陶瓷制备领域。

背景技术

激光是20世纪人类最伟大的发明之一，激光技术已广泛应用于工农业生产、医疗、航空航天等高新技术领域。自1960年第一台红宝石激光器发明以来，大量新型激光材料不断涌现，人们开始对激光工作物质进行广泛深入的研究与探索。

1964年以来，掺Nd的YAG晶体的出现，作为大功率固体激光材料受到广泛的关注。但是掺Nd的YAG晶体由于单晶的生长周期长、晶体生长尺寸、Nd离子掺杂量等缺点制约了其更广泛的应用。随着大功率固体激光器功率的不断提高，人们期待着新的激光材料的出现。1995年，日本A.Ikesue等人制得了完全致密并且光学性能优良的多晶Nd:YAG透明陶瓷材料，并获得激光输出。随后几年，尤其是在2000以后，Nd:YAG透明陶瓷得到了迅猛发展，目前已经实现了67KW的最高功率输出，引起了国际上的广泛关注。随着粉体和陶瓷制备科学与工艺的不断突破，多晶透明陶瓷成为最有竞争力取代单晶的激光材料。

除了Nd掺杂YAG透明陶瓷外，Yb掺杂也受到了关注。Yb³⁺具有最简单的能级结构，与Nd³⁺相比，本征量子缺陷低，辐射量子效率高，能级寿命长，吸收和发射光谱宽。随着体积小、寿命长、效率高的LD泵浦源的出现，Yb³⁺作为激光激活离子的研究迅猛发展。特别是Yb³⁺的主要吸收峰位于0.9～1.0μm，能与高亮度的InGaAs激光二极管泵浦源有效耦合，且不需要严格的温度控制。同时Yb³⁺也是一种高效率的敏化离子，敏化离子可以吸收更多的光泵能量，并转移给激活离子，扩大和强化激活离子的吸收光谱，使原来不被激活离子吸收的光泵能量通过敏化离子的作用得到利用。Yb³⁺可以用作多种激光激活离子的泵浦能量吸收敏化剂，如Nd³⁺等。由于980nm左右的LD非常普遍，所以用Yb³⁺进行敏化具有更实际的意义，可以达到提高对泵浦光的吸收效率和降低激光振荡阈值的目的。目前还没有双掺Yb，Nd稀土离子的钇铝石榴石透明陶瓷材料的相关报道。

发明内容

本发的目的是为了进一步弥补、改进单掺杂稀土离子的钇铝石榴石透明陶瓷材料的不足而提供了一种双掺杂Yb，Nd稀土离子的钇铝石榴石透明陶瓷材料，本发明的另一目的是提供上述材料的制备方法，通过稀土离子Yb的掺杂，可以提高Nd:YAG透明陶瓷对泵浦光的吸收效率，并且能降低激光振荡阈值，具有实际的应用意义。

本发明的技术方案为：双掺杂稀土离子的钇铝石榴石透明陶瓷材料，其特征在于：所述的透明陶瓷材料化学组成通式为：(Y_1-x-yYb_xNd_y)₃Al₅O₁₂，其中0.01≤x≤0.1，0.005≤y≤0.05。

本发明还提供了上述钇铝石榴石透明陶瓷材料的方法，其具体步骤如下：

(1)根据化学组成通式将Y₂O₃，Al₂O₃，Yb₂O₃和Nd₂O₃粉体进行称料配比，加入占总的粉体质量0.5～0.8％的烧结助剂，球磨混合均匀后烘干过筛；

(2)粉体采用先干压再冷等静压工艺成型，其中干压压力为10～20MPa，冷等静压压力为200～300MPa；

(3)成型的素坯进行烧结，控制烧结温度为1700～1800℃，保温时间为5～50h；

(4)烧结后的样品退火处理，制备得到双掺杂稀土离子的钇铝石榴石透明陶瓷材料。优选所述的Y₂O₃，Al₂O₃，Yb₂O₃和Nd₂O₃粉体的纯度为99.9％～99.999％。上述的步骤(1)中筛子目数为160～200目。

所述的烧结助剂至少为正硅酸乙酯、氧化镁或氟化钙中的一种。