1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 201899
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 透明陶瓷研究中心, 上海 201899
3 3.江苏铁锚科技股份有限公司, 海安 226602
4 4.江苏省高性能透明防护新材料重点实验室, 海安 226602
透明陶瓷兼具高强度、高硬度和优异的光学性能, 在轻量化透明装甲领域具有重要的应用前景。制备大尺寸和高光学质量透明陶瓷部件是实现其应用的主要挑战。本工作采用国产商业Al2O3和Y2O3为起始原料, 通过真空反应烧结工艺制备钇铝石榴石(Y3Al5O12, 简称YAG)透明陶瓷, 突破了大尺寸素坯干压成型与脱黏、真空烧结及光学性能提升等关键技术, 成功研制了低变形量、高光学质量的YAG透明陶瓷, 并通过成型和烧结设备的升级改造, YAG透明陶瓷的最大可制备尺寸达到1040 mm×810 mm×15 mm, 为后期应用奠定了坚实基础。
YAG 大尺寸 反应烧结法 透明陶瓷 YAG large size reaction sintering transparent ceramic
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海200050
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电研究中心, 北京 100049
为了解决常规干燥(控温控湿)过程中坯体出现水分梯度问题, 利用微波干燥法来干燥湿坯。通过对比常规干燥(温度: 40 ℃; 湿度: 60%)和微波干燥的方式, 研究了湿坯的重量损失、线性收缩、表面温度和水分分布。与常规干燥相比, 采用微波干燥(功率250 W)时, 干燥结束时间和停止收缩时间分别缩短至1/6.8和1/6。在微波干燥过程中, 样品表面温度随时间延长先升高后降低, 与体内水分密切相关。而在常规干燥过程中, 温度保持恒定在40 ℃。采用低场核磁共振（NMR）成像技术表征湿坯内部的水分分布情况发现: 在微波干燥过程中, 水分分布更均匀, 表明微波干燥时湿坯的干燥应力更低。在1550 ℃下烧结6 h后, 微波干燥制备得到的氧化铝陶瓷具有更高的抗弯强度, 且标准差更小。
微波干燥 低场核磁共振成像 水分分布 氧化铝 凝胶 microwave drying low-field nuclear-magnetic-resonance imaging moisture distribution alumina coagulation
1 1.华北理工大学 材料科学与工程学院, 唐山 063210
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 201899
3 3.固体激光技术重点实验室, 北京 100015
YAG透明陶瓷具有良好的光学和力学性能, 广泛应用于激光增益介质与光学窗口等领域, 制备大尺寸/复杂形状YAG透明陶瓷是目前研究的热点与难点。作为一种新型胶态成型技术, 自发凝固成型在制备大尺寸陶瓷方面已显示出一定优势, 然而该体系存在浆料固化速率慢、素坯强度低等问题。本工作以水溶性环氧树脂乙二醇二缩水甘油醚(EGDGE)对自发凝固成型体系进行改性, 采用高温固相合成法制备了不同EGDGE含量的YAG透明陶瓷, 研究EGDGE对浆料流变性、凝胶强度、素坯孔隙率和烧结后陶瓷微结构与光学性能的影响。结果表明: 添加EGDGE有效增强了浆料的凝胶固化能力, 解决了YAG素坯干燥变形和开裂等问题。当EGDGE添加量为质量分数0.8%时, 在1700 ℃下真空烧结6 h并在1650 ℃下180 MPa热等静压烧结3 h, 成功制备了90 mm×30 mm×4.5 mm的YAG透明陶瓷, 它在1064 nm处直线透过率为80.8%。这为大尺寸/复杂形状YAG透明陶瓷的制备提供了新途径。
YAG 环氧树脂 自发凝固成型 透明陶瓷 YAG epoxy resin spontaneous coagulation casting transparent ceramics
1 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学材料科学与光电研究中心, 北京 100049
高密度素坯是制备高性能陶瓷的基础, 采用再流动结合压滤的方法制备高密度氧化铝素坯, 研究了再流动结合压滤对素坯性能的影响。结果表明: 脱水收缩1 d的再流动浆料具有更好的可压缩性, 随着脱水收缩时间的延长, 浆料的可压缩性降低; 再流动结合压滤对高固含量浆料的物理力学性能提升效果更明显, 与56.0%(体积分数)固含量的浆料直接压滤制备的素坯相比, 通过再流动结合压滤制备的素坯相对密度从64.5%提高至65.7%, 累积气孔率从0.149 mL/g降低至0.140 mL/g, 素坯在1 550 ℃下烧结2 h的烧结收缩率从13.2%降低至12.6%, 在1 500 ℃下烧结6 h制备的陶瓷抗弯强度从483 MPa提高至545 MPa。以上结果对大尺寸陶瓷部件制备具有重要意义。
自发凝固成型 压滤 氧化铝 高固含量 高密度 低收缩率 spontaneous coagulation casting filtrating alumina high solid content high-density low shrinkage ratio
1 武汉工程大学, 等离子体化学与新材料湖北省重点实验室, 武汉 430205
2 中国科学院上海硅酸盐研究所, 透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
3 固体激光技术重点实验室, 北京 100015
2 μm 波段处于人眼安全波长, 在医疗、加工、红外探测与对抗,以及大气环境监测等军、民两用领域有着重要潜在和实际应用。Ho3+掺杂倍半氧化物陶瓷具有宽的吸收和发射光谱、高热导率以及低声子能量等优点, 是一类重要的 2 μm 波段激光材料。通过材料固溶原理, 可以实现光谱更加宽化, 这使其有可能成为一类性能优异的中红外固体激光材料。本文以商业Y2O3、Sc2O3以及Ho2O3粉体为原料, 添加少量ZrO2(原子比为0~1.0%)作为烧结助剂, 采用真空预烧, 结合热等静压烧结的工艺, 成功制备出高透明的0.5%Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3陶瓷。研究了ZrO2掺杂浓度(0~1.0％)对Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3激光陶瓷致密化过程和光学性能的影响。通过添加ZrO2有效抑制了高温下Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3陶瓷晶粒的生长, 掺杂1.0％ZrO2的Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3陶瓷经1 690 ℃下真空预烧结4 h和1 600 ℃/190 MPa热等静压烧结3 h后, 其透过率在1 100 nm处达到79.1％(厚度为4.4 mm), 接近理论透过率。
激光陶瓷 光学性能 热等静压 Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3 Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3 laser ceramics optical property ZrO2 ZrO2 hot isostatic pressing
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621999
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
3 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
4 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 200050
理论设计和制作了Yb∶YAG陶瓷板条,通过铟砷化镓(InGaAs)二极管抽运、1030 nm种子激光注入以及双程放大,在室温下实现了高功率的1030 nm激光输出。种子激光注入功率为1.18 kW和总抽运功率为19.98 kW时,获得了5.97 kW的放大激光功率,光-光转换效率约为24.0%,斜率效率为27.9%。测量了Yb∶YAG陶瓷板条的透射波前,模拟了不同耦合效率和温度时的输出功率。实验结果表明,室温下Yb∶YAG在高亮度抽运和高亮度种子光注入时可以实现高功率的激光输出。
激光器 Yb∶YAG; 自吸收 陶瓷板条 激光放大器
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
4 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 200050
5 江苏师范大学物理与电子工程学院, 江苏 徐州 221116
理论设计了二极管端面抽运Nd:YAG复合陶瓷板条, 制作了双浓度掺杂的Nd:YAG复合陶瓷板条。当二极管总抽运功率为18.06 kW时, 通过双程放大提取了7.08 kW的激光功率, 光光转换效率高达39.2%, 单程传输的退偏振约为3.2%。实验结果表明, Nd:YAG复合陶瓷板条对提高板条激光器的输出功率和减小退偏振具有显著的效果。
激光器 激光陶瓷 板条激光器 分段掺杂 储能密度 退偏振
1 绍兴文理学院 数理信息学院, 浙江 绍兴 312000
2 温州大学 物理与电子信息工程学院, 浙江 温州 325035
3 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
报道了基于Nd∶YAG透明陶瓷4F3/2-4I15/2跃迁实现1.83 μm激光输出的研究。采用简单紧凑的平凹腔结构，结合对腔镜镀膜参数的设计，控制其他能级跃迁谱线对应波长激光的透射损耗来抑制较强能级跃迁对应的激光振荡。在入射抽运功率14.6 W的808 nm波长半导体激光端面抽运Nd∶YAG透明陶瓷，获得了0.65 W的1.83 μm激光输出，斜率效率5.8%。可见Nd∶YAG透明陶瓷可望成为获得1.8 μm波段激光直接输出的激光介质。
端面泵浦 1.8 μm波段 Nd∶YAG透明陶瓷 end pumped 1.8 μm laser Nd∶YAG transparent ceramic 强激光与粒子束
2017, 29(4): 041005
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Optical Science and Engineering, Fudan University, Shanghai 200433, China
2 School of Physics and Electronic Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
3 Jiangsu Collaborative Innovation Center of Advanced Laser Technology and Emerging Industry, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
We report on a widely tunable, narrow linewidth operation of a Tm:YAG ceramic laser. A volume Bragg grating is used in the cavity as a folding mirror for wavelength selection. The wavelength is tuned from 1956.2 to 1995 nm, leading to a total tuning range of 38.7 nm. The linewidth is around 0.1 nm over the whole tuning range. A maximum output power of 1.51 W at 1990.5 nm is achieved at 37.8 W absorbed pump power. Different saturation behaviors are observed in the laser performances at different wavelengths.
140.3600 Lasers, tunable 140.3580 Lasers, solid-state 050.7330 Volume gratings Chinese Optics Letters
2015, 13(6): 061404
1 复旦大学微纳光子结构教育部重点实验室，复旦大学光科学与工程系，上海 200433
2 徐州师范大学物理与电子工程学院， 江苏 徐州 221116
3 南洋理工大学电气与电子工程学院， 新加坡 639798
