1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 10, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 10, стр. 47-51

Приложение методик дифракции синхротронного излучения при оптимизации траектории спекания композитных керамик Al2O3–Ce:(Y,Gd)AG

А. П. Завьялов a, b, *, Д. Ю. Косьянов b, **

a Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН
630090 Новосибирск, Россия

b НОЦ “Передовые керамические материалы”, Дальневосточный федеральный университет
690922 Владивосток, Россия

* E-mail: Zav_Alexey@list.ru
** E-mail: Kosianov.diu@dvfu.ru

Поступила в редакцию 15.01.2023
После доработки 10.03.2023
Принята к публикации 10.03.2023

Аннотация

Развитие большинства отраслей осветительной техники ставит задачу разработки передовых высокомощных белых светодиодов. Их конструкция предполагает совмещение двух базовых элементов – высокомощного синего светодиода либо лазерного диода с желтым люминофорным конвертером, способным выдерживать высокую тепловую нагрузку. В последнее время активно ведутся разработки твердотельных (в первую очередь керамических) люминофоров на основе Ce:YAG, содопированных так называемыми “красными” ионами, которые обладают высокой теплопроводностью и термической устойчивостью. Дополнительно рассматривают возможность создания на их основе композитных архитектур с вторичной термостабильной фазой корунда α-Al2O3, обладающей в разы большей теплопроводностью при близком коэффициенте теплового расширения. Разработка карты спекания сложных систем на основе твердых керамических растворов требует обязательного контроля их структурно-фазового состояния методом рентгеновской дифракции. Однако не всегда лабораторного оборудования достаточно для понимания происходящих при спекании процессов. Поэтому в настоящей работе на примере бифазных керамик Al2O3–Ce:(Y,Gd)AG проведена оптимизация траектории их спекания с применением дифракции синхротронного излучения. Композиты синтезированы методом реакционного искрового плазменного спекания порошков исходных оксидов. Показано, что при фиксированной величине прикладываемого давления 30 МПа и длительности изотермического выдерживания 15 мин единая фаза твердого раствора Ce:(Y,Gd)AG формируется лишь при температурах спекания не менее 1450°C. При таких высоких температурах спекания наблюдаются признаки рекристаллизации ввиду близости эвтектического плавления. Увеличение времени выдерживания до 30 мин позволяет снизить температуру формирования бифазной структуры до 1425°C и предотвратить нежелательную рекристаллизацию. Однако последующие повышение давления до 90 МПа приводит к сосуществованию в системе нескольких вариаций фазы типа YAG.

Ключевые слова: Al2O3–Ce:(Y,Gd)AG, керамические люминофоры, YAG, Ce:YAG, (Y,Gd)AG, GAG, композитная керамика, реакционное искровое плазменное спекание, синхротронное излучение, рентгеновская дифракция.

Список литературы

  1. Pimputkar S., Speck J.S., Denbaars S.P., Nakamura S. // Nat. Photonics. 2009. V. 3. P. 180. https://doi.org/10.1038/nphoton.2009.32

  2. Li S., Wang L., Hirosaki N., Xie R.-J. // Laser Photonics Rev. 2018. V. 12. № 12. P. 1800173. https://doi.org/10.1002/lpor.201800173

  3. Schubert E.F., Kim J.K. /// Science. 2005. V. 308. P. 1274. https://doi.org/10.1126/science.1108712

  4. Liu X., Qian X., Hu Z., Chen X., Shi Y., Zou J., Li J. // J. Eur. Ceram. Soc. 2019. V. 39. P. 2149. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.01.054

  5. Kosyanov D.Yu., Liu X., Vornovskikh A.A., Kosianova A.A., Zakharenko A.M., Zavjalov A.P., Shichalin O.O., Mayorov V.Yu., Kuryavyi V.G., Qian X., Zou J., Li J. // Mater. Charact. 2021. V. 172. P. 110883. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.110883

  6. Ling J., Zhou Y., Xu W., Lin H., Lu S., Wang B., Wang K. // J. Adv. Ceram. 2020. V. 9. P. 45. https://doi.org/10.1007/S40145-019-0346-0

  7. Wang J., Tang X., Zheng P., Li S., Zhou T., Xie R.J. // J. Mater. Chem. C. 2019. V. 7. P. 3901. https://doi.org/10.1039/C9TC00506D

  8. Cai P.Z., Green D.J., Messing G.L. // J. Am. Ceram. Soc. 1997. V. 80. P. 1929. https://10.1111/J.1151-2916. 1997.TB03075.X

  9. Cai P.Z., Green D.J., Messing G.L. // J. Am. Ceram. Soc. 1997. V. 80. P. 1929. https://doi.org/10.1111/J.1151-2916.1997.TB03075.X

  10. Gupta T.K., Valentich J. // J. Am. Ceram. Soc. 1971. V. 54. P. 355. https://doi.org/10.1111/J.1151-2916.1971.TB12315.X

  11. Berman R., Foster E.L., Ziman J.M. // Proc. R. Soc. London. A. 1955. V. 231. P. 130. https://doi.org/10.1098/RSPA.1955.0161

  12. Cozzan C., Lheureux G., O’Dea N., Levin E.E., Graser J., Sparks T.D., Nakamura S., DenBaars S.P., Weisbuch C., Seshadri R. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. V. 10. P. 5673. https://doi.org/10.1021/acsami.8b00074

  13. Liu Z., Li S., Huang Y., Wang L., Zhang H., Jiang R., Huang F., Yao X., Liu X., Huang Z. // J. Alloys Compd. 2019. V. 785. P. 125. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.01.175

  14. Zhao H., Li Z., Zhang M., Li J., Wu M., Li X., Chen J., Xie M., Li J., Sun X. // Ceram. Int. 2020. V. 46. P. 653. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.09.017

  15. Li S., Zhu Q., Tang D., Liu X., Ouyang G., Cao L., Hirosaki N., Nishimura T., Huang Z., Xie R.-J. // J. Mater. Chem. C. 2016. V. 4. P. 8648. https://doi.org/10.1039/C6TC03215J

  16. Kosyanov D.Yu., Vornovskikh A.A., Zakharenko A.M., Gridasova E.A., Yavetskiy R.P., Dobrotvorskaya M.V., Tolmachev A.V., Shichalin O.O., Papynov E.K., Ustinov A.Yu., Kuryavyi V.G., Leonov A.A., Tikhonov S.A. // Opt. Mater. 2021. V. 112. P. 110760. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2020.110760

  17. Piminov P.A., Baranov G.N., Bogomyagkov A.V., Berkaev D.E., Borin V.M., Dorokhov V.L., Karnaev S.E., Kiselev V.A., Levichev E.B., Meshkov O.I., Mishnev S.I., Nikitin S.A., Nikolaev I.B., Sinyatkin S.V., Vobly P.D., Zolotarev K.V., Zhuravlev A.N. // Phys. Proc. 2016. V. 84. P. 19. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2016.11.005

  18. Shmakov A.N., Mytnichenko S.V., Tsybulya S.V., Solovyeva L.P. // J. Struct. Chem. 1994. V. 35. № 2. P. 224. https://doi.org/10.1007/BF02578312

  19. Wojdyr M. // J. Appl. Cryst. 2010. V. 43. P. 1126. https://doi.org/10.1107/S0021889810030499

  20. Ancharov A.I., Manakov A.Yu., Mezentsev N.A., Tolochko B.P., Sheromov M.A., Tsukanov V.M. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2001. V. 470. № 1–2. P. 80. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(01)01029-4

  21. Sai Q., Xia C. // J. Lumin. 2017. V. 186. P. 68. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.02.011

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал