Tm,Ho:(Lu1-xScx)2O3激光陶瓷的高透明化制备与性能研究

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随着2μm飞秒激光在医学、材料加工和军事等领域的应用飞速发展,对于高性能激光材料的需求愈加迫切。采用掺杂Tm3+和Ho3+的(Lu1-xScx)2O3陶瓷激光器是实现2μm飞秒激光的最有效途径之一,因此研制高透明的Tm,Ho:(Lu1-xScx)2O3陶瓷具有重要意义。高烧结活性粉体是制备高透明陶瓷的基础。针对普通粉体合成方法制备效率低、反应不均匀等问题,本文采用基于微区控制的并行反应沉淀法制备了高烧结活性的纳米粉体,并通过真空烧结结合热等静压处理得到了高光学质量的Tm,Ho:(Lu1-xScx)2O3陶瓷。研究了不同煅烧温度对于前驱体的物相组成和微观形貌的影响。结果表明,当前驱体在1100℃下进行煅烧时,能够获得高纯度、细粒径且窄分布的纳米粉体。通过对烧结工艺的调控研究,认识了Tm,Ho:(Lu1-xScx)2O3陶瓷的烧结特性。针对目前对于(Lu1-xScx)2O3陶瓷烧结制度仍不明确的问题,本文研究了不同真空烧结温度和保温时间对于陶瓷微观结构和致密度的影响,在无烧结助剂的情况下实现了陶瓷的高质量烧结。结果表明,当真空烧结温度为1780℃、保温时间为10 h时,样品晶粒尺寸较小、致密度较高且没有明显晶内气孔的存在,有利于提高后续热等静压烧结的质量,并最终获得了透过率高达81.22%@2090 nm的陶瓷样品。同时,对比研究发现混晶比例的变化会影响对陶瓷的微观结构和光谱性能。随着x值在一定范围内的增加,晶格畸变和微观结构无序的程度会同时变大,导致样品的平均晶粒尺寸减小,致密度有所提高,而发射光谱也会出现一定的红移和展宽现象。
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