AlO透明陶瓷制备及掺Cr和Ti的AlO激光陶瓷光谱性能研究

摘要

本文对Al2O3透明陶瓷的性能、用途、制备工艺及影响因素进行了综述。Al2O3透明陶瓷对可见光和红外光具有良好的透过性，同时还具有高温强度大，耐热性好和机械性能优良等特点，因而获得了非常广泛的实际应用。随着透明陶瓷制备技术的不断发展，部分透明陶瓷成功用作激光放大介质，这为Al2O3透明陶瓷的应用开辟了新的领域，即可用作激光陶瓷。 本文以Al2O3透明陶瓷为研究对象，研究了MgO、MgAl2O4、La2O3等添加剂，烧结温度，保温时间等对Al2O3透明陶瓷的显微结构和光学性能的影响；首次研究了掺Cr和Ti的Al2O3激光陶瓷的光谱性能；最后初步探讨了体视学方法在Al2O3透明陶瓷性能表征中的应用。 实验结果表明：MgO和MgAl2O4都是氧化铝透明陶瓷有效添加剂，但MgAl2O4在氧化铝陶瓷中会以第二相的形式存在，成为散射中心；而微量的MgO会随着烧结的进行而挥发，因而掺入MgO的样品其透过率更高一些。 采用La2O3和MgO复合添加比单独掺入MgO或MgAl2O4，陶瓷样品透过率更高，掺杂效果更好，而且随着La2O3掺杂量增大，氧化铝透明陶瓷的体积密度更接近理论密度。当其烧结温度为1750℃，保温时间为1小时条件下，在300-800nm波长范围内其样品的全透过率均大于82％，最大值为86％。 本文在对Cr3+：Al2O3激光陶瓷的荧光光谱分析中，首次发现一个670nm波长的Cr3荧光发射峰，该峰在单晶中从未出现过，而陶瓷中另外一个发射峰(697nm)则对应于红宝石单晶的R荧光谱线。通过对Cr3+：Al2O3激光陶瓷的晶场强度参数的计算，表明陶瓷中Cr3+离子所处格位的晶体场强比单晶弱一些，但Cr3+：Al2O3激光陶瓷仍属于强场晶体材料。而且Cr3浓度较高(0.8wt％)时，Cr3+：Al2O3激光陶瓷仍具有较好的荧光发射，并以锐线发射为主。从而有可能在670nm和697nm两处实现激光输出。 首次研究了Ti：Al2O3激光陶瓷的光谱性能，并发现：当Ti掺入量较小时(Mg2+含量不变)，由于Mg2+的电荷补偿作用，使得Ti在Al2O3激光陶瓷中只以Ti4+存在，并在410nm处有荧光发射，而单晶中没有Ti4+单独存在的现象，这为Ti：Al2O3陶瓷或单晶新用途的开发，提供较大的理论和实践依据。当Ti掺入量较大时，Ti：Al2O3激光陶瓷样品中同时存在Ti4+和Ti3+的荧光发射，其中Ti3+离子的发射谱线与单晶的相吻合。此外，Ti：Al2O3激光陶瓷样品中还存在280nm、420nm左右的荧光发射，它们分别由F+和F心造成的。 最后本文还第一次把体视学方法运用于氧化铝透明陶瓷的性能表征，运用体视学方法可以由组织截面二维的测量值来构筑陶瓷三维结构信息。通过实际的体视学主要参数的计算，成功预测了氧化铝透明陶瓷的透过率的相对高低。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明和本论文使用授权说明

第一章绪论

1.1概述

1.1.1透明陶瓷概述

1.1.2激光陶瓷

1.1.3影响陶瓷透明的因素

1.2氧化铝透明陶瓷

1.2.1α-A12O3的晶体结构

1.2.2氧化铝透明陶瓷的制备

1.3体视学方法在氧化铝透明陶瓷透过率研究中的应用

1.3.1体视学三维结构参数对透过率的影响

1.3.2体视学三维结构参数的获得

1.4课题的提出及其主要研究内容

第二章氧化铝透明陶瓷的制备及其显微结构表征

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1样品制备

2.2.2样品加工

2.2.3样品测试

2.3实验结果与讨论

2.3.1单一添加剂对氧化铝透明陶瓷显微结构的影响

2.3.2复合添加剂对氧化铝透明陶瓷显微结构的影响

2.3.3氧化铝透明陶瓷的透过率研究

2.4结论

第三章掺Cr和Ti的A12O3激光陶瓷光谱性能研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1吸收光谱测试

3.2.2荧光光谱测试

3.3结果与讨论

3.3.1Cr3+:A12O3激光陶瓷光谱性能

3.3.2Ti:A12O3激光陶瓷光谱性能

3.4结论

第四章体视学方法在透明氧化铝透明陶瓷率研究中的应用

4.1引言

4.2结果与讨论

4.2.1 Sv测试中的实际问题

4.2.2 Pp测试中的实际问题

4.2.3体视学参数计算结果及其分析

4.3结论

第五章结论

参考文献

作者在攻读学位期间公开发表的论文

致谢