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钇铝石榴石(YAG)因具有一系列优良光学性能而被广泛用作光学材料.掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)透明降瓷因具有优良的激光性能和制备工艺方面的优势,作为大型固体激光器激光工作物质取代Nd:YAG单晶已显示出良好的应用前景.稀土掺杂的YAG粉体可做超短余辉荧光粉用于阴极射线管屏幕及高分辨显示器等领域.另外,YAG陶瓷还具有高温蠕变小、抗氧化、热导率低等优点,是一种很有潜力的精细结构陶瓷材料.该研究主要对合成Nd:YAG及其组成、工艺、结构与性能的关系进行了系统研究,同时对Nd:YAG陶瓷制备工艺对其性能的影响进行了探讨,并且在固相合成反应、结构表征、溶剂热合成、成型工艺及烧结等方面开展了创新性的研究工作.该研究首次借助XRD和HREM对掺Nd量与共沉淀法合成YAG晶粒的形成、晶体结构与缺陷以及荧光性能的关系等进行了系统研究.晶胞参数、结构因子、晶格畸变、晶粒尺寸等参数的计算和高分辨电子显微观察证明:当掺Nd量大于3at﹪时,Nd<3+>开始在晶粒表面偏析;大于8at﹪时,大量Nd<3+>富集于晶粒表面形成无序包覆层,YAG一次晶粒细化减弱;大于10at﹪时,晶粒内部、晶界均有Nd<3+>偏析无序区,晶格畸变严重,晶格缺陷增多;大于15at﹪时,由于晶格畸变严重而形成较大内能,并产生肖特基或弗伦克尔缺陷,使晶粒内产生大量空位,晶体结构疏松.HREM观察还发现,当掺钕量由2.9at﹪提高至20at﹪时,邻近Nd<3+>间距由0.66nm减小至0.29nm.上述结果将引起Nd:YAG的光散损失增大和浓度猝灭.该研究采用共沉淀法合成的2.9at﹪Nd:YAG粉料制备高密度Nd:YAG烧结体.成型方法对坯体密度影响的研究表明,尽管等静压成型生坯的密度比注浆成型生坯的密度高,但在1750℃保温2h低真空条件下烧结后的坏体密度则恰好相反.因为等静压成型的坯体中气孔颁不均匀且相互不连通,在高温阶段这些气孔排除困难;而注浆成型因生坯的特殊结构而有利于坯体烧结致密化.为进一步提高注浆成型生坯的密度和降低其烧结收缩,该研究首次采用二步注浆成型方法,即用化学法填充注浆成型生坯中的气孔,使生坯和烧结体的密度均得到提高.因此,二步注浆成型方法对制备高密度Nd:YAG陶瓷和其它精细陶瓷具有较大应用潜力.