以成份擴散機制為基礎的YAG固態合成粉末反應設計

摘要

本文以氧化钇(Y2O3)混合氧化铝(α-Al2O3)合成YAG (Y3Al5O12)为例,提供一快速合成多份氧化物粉末之方法。其重点为1) 确定二成份间的扩散行为,特别是扩散与被扩散的对象,2) 增加二成份原料粒体间的接触点,3) 降低扩散所需达成之距离,或粒径,特别是被扩散成份粒体的粒径。最後是4) 粒径如何控制。　以粒径200 nm 之Al2O3粉末与100 (S)、350 (M)、及500 (L) nm 之Y2O3 粉末混合,制得2 种接触点不等及3 种Y2O3 粒径不等之混合粉。经乾压成型後,样品经预热後直接置入YAG 生成温度区域,1050-1450oC 持温5-60 秒。分析合成YAG 之特性。结果显示:提高接触点及缩小Y2O3 粒径确实有助於得到单一相YAG。合成仍循YAM YAP 再至YAG 过程。且与氧化钇(Y2O3)粒径变粗有关:反应由二成份间之接触点,或介面控制(Interface control)生成机制,转为扩散控制(Diffusion control)生成机制。後者说明Al 成份的向Y2O3粒体扩散明显需通过先生成之YAG 至YAP 再达YAM。此等反应发生於几十秒内。过此时段而未完成反应者,将需增长反应完成之所需时间。此乃致YAM 及YAP 的残留,是以难得到单一相YAG。反之,如能快速采取介面控制(Interface control)生成机制达成反应,可有效合成单一相YAG。最後如生成之YAG体积与扩散之Y2O3粒径接近,则可预测生成YAG之粒径。