元素百科为您介绍YAG基透明陶瓷凝固非晶化法制备的新成果。钇铝石榴石（YAG）稀土掺YAG透明材料是目前性能最好、用途最广、产量最大的固体激光增益介质材料，具有优异的光学、力学、热性能和高温稳定性，对我国国防科技具有重要的战略意义，在辐射探测闪烁体、LED等诸多领域得到了重要应用。目前，YAG透明材料主要是单晶和透明陶瓷。前者主要采用定向凝固技术，存在晶体生长周期长、成本高、尺寸和掺杂浓度难以提高等问题。YAG透明陶瓷主要采用粉末烧结制备方法，为了达到高透明度，需要充分消除陶瓷孔隙和杂质阶段，完全致密，晶体边界薄，对原材料、设备、成型、烧结工艺要求极高，如高纯度、高分散纳米粉原料、热静压、真空烧结等，晶粒在长期高温烧结过程中容易生长。
中国科学院工程研究所研究员李建强提出了制备YAG透明陶瓷的创新理念，并进行了系统研究。首先，针对YAG成分熔体非晶形成能力差的问题，采用无容器凝固技术抑制熔体深度过冷状态下的形核，通过调整Al2O3/Y2O3的比例，获得了冷却速度对熔体凝固产物相和结构的影响规律，从而增强了Al2O3-Y2O3熔体的非晶形成能力。Al2O3-26mol%Y2O3块状非晶体成功制备。与法国国家科学中心进一步合作（CNRS）Mathieu Allix研究员合作研究了非晶基质无压条件下的晶化行为，获得了晶化温度和时间对产品相和微观结构的影响规律，最终实现了简单的热处理（～YAG基透明陶瓷1100℃)一步完全晶化。YAG基透明陶瓷完全由纳米晶体组成，YAG相质量分数高达77%，其余为Al2O3相，化学成分和微结构分布均匀。YAG基透明陶瓷完全由纳米晶体组成，YAG相质量分数高达77%，其余为Al2O3相，化学成分和微观结构分布均匀。发现YAG晶粒周围的Al2O3在纳米复相结构中有很好的缓解晶化收缩应力和抑制YAG晶粒生长的作用，YAG晶粒加热到1400℃仍能保持纳米级。YAG基透明陶瓷透过率极高，在近红外和中红外波段可与YAG单晶媲美，硬度比YAG单晶和透明陶瓷高10%，CE混合后荧光性能优异，量子效率高达87.5%。该新型纳米晶YAG基透明陶瓷在大功率LED中具有优异的光学和力学综合性能、LD等领域具有重要的应用潜力。
这种新的透明陶瓷制备方法可以很好地结合凝固和非晶体晶体法的优点。一方面，块状非晶体基质不仅可以快速形成复杂的形状和各种尺寸，而且可以使用普通的原料粉末，以避免传统的粉末烧结方法对高质量粉末的依赖。另一方面，非晶体晶体工艺具有条件温和、工艺简单、产品均匀、混合浓度高、晶粒尺寸易于控制等特点。
