1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 5, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 5, стр. 552-558

Синтез и свойства прозрачной керамики ИАГ:Nd, модифицированной оксидом скандия

Т. Ю. Коломиец 1, *, Г. Б. Тельнова 1, А. А. Ашмарин 1, К. А. Солнцев 1

1 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
119991 Москва, Ленинский пр., 49, Россия

* E-mail: imet@ultra.imet.ac.ru

Поступила в редакцию 22.12.2022
После доработки 02.02.2023
Принята к публикации 03.02.2023

Аннотация

В работе изучено влияние модифицирующей добавки Sc2O3 на формирование однофазных слабоагломерированных нанопорошков активированного иттрий-алюминиевого граната лазерного состава Y2.97Nd0.03ScAl4O12 (ИСАГ:Nd), а также на закономерности спекания из модифицированных порошков прозрачной керамики, ее микроструктуру и свойства. Карбонатные порошки-прекурсоры с удельной поверхностью 285 м2/г, синтезированные методом количественного совместного химического осаждения катионов металлов из водного раствора солей соляной кислоты в присутствии высокомолекулярных поверхностно-активных соединений, изучены методами высокотемпературной рентгеновской дифрактометрии. Впервые показано, что структура ИСАГ:Nd в процессе термического разложения карбонатного прекурсора формируется в интервале 850–1000°C в виде метастабильного нестехиометрического кубического алюмината (Y,Nd)ScxAl1–xO3 с гранатоподобной структурой, который при 1100–1150°C после взаимодействия со сформировавшимся в результате разложения прекурсора Al2O3 превращается в ИСАГ:Nd. Из синтезированных слабоагломерированных нано- и субмикронных порошков сферической формы с контролируемым устойчивым размером частиц в диапазоне 100–200 нм вакуумным спеканием получена прозрачная керамика со средним размером зерна 3 мкм и высоким светопропусканием (до 78%) в видимой области спектра.

Ключевые слова: ИАГ, лазерная керамика, нано- и субмикронные частицы, оптические свойства

Список литературы

  1. Xiao Z., Yu S., Li Y., Ruan S., Kong L.B., Huang Q., Huang Z., Zhou K., Su H., Yao Z., Que W., Liu Y., Zhang T., Wang J., Liu P., Shen D., Allix M., Zhang J., Tang D. Materials Development and Potential Applications of Transparent Ceramics: A Review // Mater. Sci. Eng., R. 2020. V. 139. P. 66. https://doi.org/10.1016/j.mser.2019.100518

  2. Wang S.F., Zhang J., Luo D.W., Gu F., Tang D.Y., Dong Z.L., Tan G.E.B., Que W.X., Zhang T.S., Li S., Kong L.B. Transparent Ceramics: Processing, Materials and Applications // Prog. Solid State Chem. 2013. V. 41. № 1. P. 20–54. https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2012.12.002

  3. Li J.-G., Ikegami T., Lee J.-H., Mori T., Yajima Y. Co-Precipitation Synthesis and Sintering of Yttrium Aluminum Garnet (YAG) Powders: the Effect of Precipitant // J. Eur. Ceram. Soc. 2000. V. 20. № 14. P. 2395–2405. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(00)00116-3

  4. Тельнова Г.Б., Коломиец Т.Ю., Коновалов А.А., Ашмарин А.А., Дуденков И.В., Солнцев К.А. Фазовые превращения при синтезе Y3Al5O12:Nd // Журн. неорган. химии. 2015. Т. 60. № 2. С. 163–163

  5. Тельнова Г.Б., Коломиец Т.Ю., Ситников А.И., Солнцев К.А. Влияние условий синтеза карбонатных прекурсоров на процесс формирования монодисперсных нанопорошков ИАГ: Nd3+ // Неорган. материалы. 2015. Т. 51. № 2. С. 184–192. https://doi.org/10.7868/S0002337X15020165

  6. Коломиец Т.Ю., Тельнова Г.Б., Ашмарин А.А., Челпанов В.И., Солнцев К.А. Синтез и спекание субмикронных частиц ИАГ:Nd, полученных из карбонатных прекурсоров // Неорган. материалы. 2017. Т. 53. № 8. С. 890–899. https://doi.org/10.7868/S0002337X17080152

  7. Li J.-G., Ikegami T., Lee J.-H., Mori T. Well-Sinterable Y3Al5O12 Powder from Carbonate Precursor // J. Mater. Res. 2000. V. 15. № 7. P. 1514–1523. https://doi.org/10.1557/JMR.2000.0217

  8. Gandhi A.S., Levi C.G. Phase Selection in Precursor-Derived Yttrium Aluminum Garnet and Related Al2O3–Y2O3 Compositions // J. Mater. Res. 2005. V. 20. № 4. P. 1017–1025. https://doi.org/10.1557/JMR.2005.0133

  9. Allik T.H., Morrison C.A., Gruber J.B., Kokta M.R. Crystallography, Spectroscopic Analysis, and Lasing Properties of Nd3+:Y3Sc2Al3O12 // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1990. V. 41. № 1. P. 21–30. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.41.21

  10. Feng T., Shi J., Chen J., Jiang D. Fluorescence Emission Enhancement of Transparent Nd:YSAG Ceramics by Sc2O3 Doping // Opt. Soc. Am. B: Opt. Phys. 2005. V. 22. № 10. P. 2134–2137. https://doi.org/10.1364/JOSAB.22.002134

  11. Liu Y., Hu S., Zhang Y., Wang Z., Zhou G., Wang S. Crystal Structure Evolution and Luminescence Property of Ce3+-Doped Y2O3–Al2O3–Sc2O3 Ternary Ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 40. № 3. P. 840–846. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.10.022

  12. Feng Y., Toci G., Patrizi B., Pirri A., Hu Z., Chen X., Wei J., Pan H., Li X., Zhang X., Su S., Vannini M., Li J. Fabrication, Microstructure, and Optical Properties of Tm:Y3ScAl4O12 Laser Ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 2020. V. 103. № 3. P. 1819–1830. https://doi.org/10.1111/jace.16873

  13. Tarala V.A., Shama M.S., Chikulina I.S., Kuznetsov S.V., Malyavin F.F., Vakalov D.S., Kravtsov A.A., Pankov M.A. Estimation of Sc3+ Solubility in Dodecahedral and Octahedral Sites in YSAG:Yb // J. Am. Ceram. Soc. 2019. V. 102. № 8. P. 4862–4873. https://doi.org/10.1111/jace.16294

  14. Feng Y., Toci G., Pirri A., Patrizi B., Hu Z., Wei J., Pan H., Zhang X., Li X., Su S., Vannini M., Li J. Fabrication, Microstructure, and Optical Properties of Yb:Y3ScAl4O12 Transparent Ceramics with Different Doping Levels // J. Am. Ceram. Soc. 2020. V. 103. № 1. P. 224–234. https://doi.org/10.1111/jace.16691

  15. Shoji I., Kurimura S., Sato Y., Taira T., Ikesue A., Yoshida K. Optical Properties and Laser Characteristics of Highly Nd3+-Doped Y3Al5O12 Ceramics // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 77. № 7. P. 939–941. https://doi.org/10.1063/1.1289039

  16. Yamaguchi O., Takeoka K., Hirota K., Takano H., Hayashida A. Formation of Alkoxy-Derived Yttrium Aluminium Oxides // J. Mater. Sci. 1992. V. 27. № 5. P. 1261–1264. https://doi.org/10.1007/BF01142034

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал