CN100564310C - 双掺杂的钇铝石榴石透明陶瓷材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双掺杂的钇铝石榴石透明陶瓷材料及制备方法，其特征在于1)对于Cr⁴⁺，Nd³⁺:YAG体系，Cr离子的掺杂量为0.02～0.5at%，Nd离子的掺杂量为0.5～4.0at%；2)对于Cr⁴⁺，Yb³⁺:YAG体系，Cr离子的掺杂量为0.01～0.5at%，Yb离子的掺杂量为5～30at%。制备方法特征在于粉料均匀混合后经干压加冷等静压成型的素坯，在真空烧结炉中直接烧结或分二步烧结，烧结后再退火处理。本发明提供的双掺杂的透明YAG材料透过率＞70%，可用作自调Q固体激光器的工作物质。

Description

双掺杂的钇铝石榴石透明陶瓷材料及制备方法

技术领域

本发明涉及双掺杂的钇铝石榴石透明陶瓷及制备方法，更确切地说涉及Cr⁴⁺，Nd³⁺:YAG和Cr⁴⁺，Yb³⁺:YAG自调Q激光透明陶瓷及制备方法，属于激光透明陶瓷材料制备技术领域。

背景技术

光电子产业是二十一世纪的重要支柱产业，而激光技术是光电子技术的核心组成部分。作为固体激光器的主体，激光材料是固体激光技术的重要支柱。目前，市场上Nd:YAG激光材料均为单晶，由于其生长周期长、价格昂贵、尺寸小、掺杂浓度低，使其性能和应用范围受到限制。多年来科研工作者试图用玻璃、玻璃陶瓷作为激光工作物质来替代单晶。玻璃虽然很容易做到大尺寸，但其热导却比单晶低一个数量级。玻璃陶瓷是异质结构的物质，具有很低(甚至负值)的热膨胀系数，抗热震性好，但是激光效率与单晶材料相比并不令人满意。科学家在20世纪60年代开始就尝试用Dy:CaF₂，NDY等多晶陶瓷作为固体激光器的工作物质，但效果均不理想。自从专利JP05-286761，JP05-286762，JP05-294722，JP05-294723，JP05-294722，JP05-235462发表后，Nd:YAG透明多晶陶瓷作为激光工作物质引起了人们的极大兴趣，以Nd:YAG透明陶瓷为工作物质的固体激光器也向大功率、高效率发展，Nd:YAG透明陶瓷很可能成为具有竞争力的用来替代单晶的激光材料。

Nd:YAG单晶具有优良的机械、光学和化学热稳定性，因此LD泵浦的被动调Q的增益介质通常为Nd:YAG单晶。Cr⁴⁺:YAG晶体是被动调Q开关的理想材料，由于其在1μm处大的吸收截面，是Nd激光重要的可饱和吸收体，双掺Cr⁴⁺，Nd³⁺:YAG晶体是一种性能优良的自调Q开关材料。与掺Nd³⁺激光透明陶瓷相比，掺Yb³⁺的YAG透明陶瓷由于其量子缺陷小，而且可实现Yb³⁺的高浓度掺杂而基本上不降低其荧光寿命，其光谱特性比掺Nd³⁺的要好，用Cr⁴⁺:YAG作为被动调Q开光实现了Yb:YAG晶体的被动调Q输出。同时，已报道中科院上海光机所生长出共掺Cr⁴⁺，Yb³⁺:YAG单晶，并且实现了自调Q激光输出。

从Nd:YAG激光透明陶瓷和Cr⁴⁺，Nd³⁺:YAG和Cr⁴⁺，Yb³⁺:YAG单晶的研究现状和进展来看，双掺Cr⁴⁺，Nd³⁺:YAG和Cr⁴⁺，Yb³⁺:YAG透明陶瓷作为自调Q的微片激光器将具有很大的实力和商业潜力。同时Cr⁴⁺，Yb³⁺:YAG透明陶瓷对实现被动调Q激光器的高效、高功率、集成化、小型化、结构紧凑以及使用化将具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是在于提供两种双掺杂的钇铝石榴石透明陶瓷及制备方法，具体地说涉及Cr⁴⁺，Nd³⁺:YAG和Cr⁴⁺，Yb³⁺:YAG透明陶瓷及制备方法，期望实现自调Q激光输出。

本发明所述的制备方法如图1所示，包括原料和烧结助剂的选择、球磨混合、干燥、成型、真空烧结以及退火处理等工艺过程，各工艺过程的特征在于：

(1)原料可以是：

(a)商用的高纯α-Al₂O₃，Y₂O₃，Cr₂O₃，Nd₂O₃和Yb₂O₃粉体；

(b)商用的高纯γ-Al₂O₃，Y₂O₃，Cr₂O₃，Nd₂O₃和Yb₂O₃粉体；

(c)商用的高纯α-Al₂O₃，γ-Al₂O₃，Y₂O₃，Cr₂O₃，Nd₂O₃和Yb₂O₃粉体；

(d)商用的高纯α-Al₂O₃，Cr₂O₃，Nd₂O₃，Yb₂O₃和湿化学法(包括沉淀法、溶胶凝胶法、燃烧合成法等)制备的高纯Y₂O₃纳米粉体；

(e)商用的高纯γ-Al₂O₃，Cr₂O₃，Nd₂O₃，Yb₂O₃和湿化学法(包括沉淀法、溶胶凝胶法、燃烧合成法等)制备的高纯Y₂O₃纳米粉体；

(f)商用的高纯Y₂O₃，Cr₂O₃，Nd₂O₃，Yb₂O₃和湿化学法(包括沉淀法、溶胶凝胶法、燃烧合成法等)制备的高纯Al₂O₃纳米粉体；

(g)湿化学法(包括沉淀法、溶胶凝胶法、燃烧合成法等)制备的高纯Al₂O₃，Y₂O₃纳米粉体和商用高纯Cr₂O₃，Nd₂O₃，Yb₂O₃粉体；

(h)非均相沉淀法制备的Y₂O₃包裹Al₂O₃粉体和商用高纯Cr₂O₃，Nd₂O₃，Yb₂O₃粉体：

(i)非均相沉淀法制备的Al₂O₃包裹Y₂O₃粉体和商用高纯Cr₂O₃，Nd₂O₃，Yb₂O₃粉体；

(j)湿化学法(包括沉淀法、溶胶凝胶法、燃烧合成法等)制备的高纯YAG纳米粉体及商用高纯Cr₂O₃，Nd₂O₃，Yb₂O₃粉体；

(k)湿化学法(包括沉淀法、溶胶凝胶法、燃烧合成法等)制备的高纯Nd:YAG和Yb:YAG纳米粉体及商用高纯Cr₂O₃粉体；

(2)添加的烧结助剂可以是Li₂O，Na₂O，K₂O，CaO，MgO，SiO₂和TEOS(正硅酸乙酯)中的一种或两种，烧结助剂的添加量为10²ppm；

以上所述的商用原料纯度为99.95-99.99％，按掺杂的配比进行称量混匀。

(3)球磨混合工艺：

(a)球磨罐使用聚四氟乙烯或高纯氧化铝陶瓷材料；

(b)磨球使用高纯玛瑙球、高纯氧化锆陶瓷球或是高纯氧化铝陶瓷球；

(c)球磨介质使用无水乙醇或是去离子水；

(d)使用行星式球磨机，转速为100～400rpm，球磨时间为2～20小时。

(4)球磨混合的浆料在90-100℃的烘箱中烘干，研磨过100目筛。

(5)成型工艺：

(a)干压成型过程中采用的轴向单向加压方式，压力为50～100MPa，保压时间0.5～3分钟；

(b)干压成型后的素坯经真空包装后，在200～400MPa的压力下冷等静压成型，保压时间1～5分钟，使素坯密度为组分理论密度的45～65％。

(6)真空烧结工艺中：

(a)可以对干压加冷等静压成型的素坯直接进行真空烧结，升温速度为1～20℃/mim，烧结温度为1650～1850℃，保温时间为5～40小时，真空度为10^-2～10^-4Pa；

(b)或可以对干压加冷等静压成型的素坯在真空炉分两步烧结。第一步在1000～1500℃预烧2～20小时，升温速度为1～20℃/mim，真空度为10^-2～10^-4Pa；第二步在1700～1850℃保温5～40小时，升温速度为1～20℃/mim，真空度为10^-2～10^-4Pa；

(c)或可以对干压加冷等静压成型的素坯在氧化性气氛的硅钼棒炉中进行无压预烧结：升温速度为1～20℃/mim，烧结温度为800～1200℃，预烧时间为2～20小时；把预烧结后的坯体置于真空烧结炉中进行二次烧结，烧结温度为1650～1850℃，保温时间为5～40小时，真空度为10^-2～10^-4Pa。烧结的关键是排除气孔，发育晶粒，防止气孔被晶粒包裹。

(7)将真空烧结的Cr，Nd:YAG和Cr，Yb:YAG陶瓷在氧化性气氛的硅钼棒炉中进行退火处理：退火温度为800～1600℃，退火时间为2～40小时，主要消除碳杂质和氧缺陷。最后对真空烧结的Cr，Nd:YAG和Cr，Yb:YAG陶瓷进行平面磨制和抛光处理。

所得到的真空烧结的Cr，Nd:YAG和Cr，Yb:YAG陶瓷体相对密度大于99.9％，平均晶粒尺寸为1～100μm。

本发明所提供的双掺杂钇铝石榴石透明陶瓷的具体组分为：

(1)对于Cr⁴⁺，Nd³⁺:YAG体系，Cr离子的掺杂量为0.02～0.5at％，Nd离子的掺杂量为0.5～4.0at％；优先推荐的Cr离子和Nd离子的掺杂量分别为0.05-0.1at％和0.5-1.5at％；

(2)对于Cr⁴⁺，Yb³⁺:YAG体系，Cr离子的掺杂量为0.01～0.5at％，Yb离子的掺杂量为5～30at％；优先推荐的Cr离子和Yb离子的掺杂量分别为0.01-0.1at％和5-10at％。

依本发明工艺可制备出1064nm激光波长的直线透过率高(＞70％)、机械性能良好的双掺Cr⁴⁺，Nd³⁺:YAG，Cr⁴⁺，Yb³⁺:YAG透明陶瓷，可用作自调Q固体激光器的工作物质。

附图说明

图1本发明提供的双掺钇铝石榴石透明陶瓷的工艺流程。

图2抛光后0.1at％Cr⁴⁺，1.0at％Nd³⁺:YAG陶瓷1mm片的实物照片。

图3实施例1所提供的0.1at％Cr⁴⁺，1.0at％Nd³⁺:YAG陶瓷的透过率曲线。

图4抛光后0.025at％Cr⁴⁺，5.0at％Yb³⁺:YAG陶瓷1mm片的实物照片。

图5实施例16所制备的0.025at％Cr⁴⁺，5.0at％Yb³⁺:YAG陶瓷的断口形貌。

具体实施方式

实施例1：

将25.4645g纯度为99.99％的α-Al₂O₃粉体，33.4778g纯度为99.99％的Y₂O₃粉体，0.5047g纯度为99.95％的Nd₂O₃粉体，0.0280g纯度为99.99％的CaO粉体，0.0380g纯度为99.99％的Cr₂O₃粉体和0.2976g高纯TEOS放入聚四氟乙烯球磨罐中，加入高纯玛瑙球180g，无水乙醇22ml，然后球磨10小时。在90℃的烘箱中烘干后，研磨过100目筛。用100MPa的压力轴向单向加压，压制成Φ20的圆片，再于300MPa的压力下冷等静压以进一步增加素坯密度。烧结是在真空烧结炉中进行，试样放在钼坩锅中。炉子的升温速率为：室温至1150℃为30℃/min，1150℃至1780℃为10℃/min，1780℃保温时间为10小时。1780℃至1500℃以5℃/min降温，1500℃以下随炉冷却。最后用平面磨床和金刚石研磨膏对陶瓷进行磨制和抛光至1mm厚。烧结得到的陶瓷相对密度为＞99.9％，抛光后0.1at％Cr⁴⁺，1.0at％Nd³⁺:YAG陶瓷1mm片的实物照片见图2，其透过率曲线见图3。在激光波长(1064nm)直线透过率高达71％。

对同样条件下烧结得到的0.1at％Cr⁴⁺，1.0at％Nd³⁺:YAG陶瓷进行退火处理，退火机制为：室温至1450℃升温速度为5℃/min，在1450℃保温时间为20小时后以1℃/min冷却至450℃，然后随炉冷却。用平面磨床和金刚石研磨膏对经过退火处理的陶瓷进行磨制和抛光至1mm厚。

实施例2：

将25.4645g纯度为99.99％的α-Al₂O₃粉体，33.4778g纯度为99.99％的Y₂O₃粉体，0.5047g纯度为99.95％的Nd₂O₃粉体，0.0280g纯度为99.99％的CaO粉体，0.0380g纯度为99.99％的Cr₂O₃粉体和0.2976g高纯TEOS放入聚四氟乙烯球磨罐中，加入高纯玛瑙球180g，无水乙醇22ml，然后球磨10小时。在90℃的烘箱中烘干后，研磨过100目筛。用100MPa的压力轴向单向加压，压制成Φ20的圆片，再于300MPa的压力下冷等静压以进一步增加素坯密度。烧结是在真空烧结炉中进行，试样放在钼坩锅中。炉子的升温机制为：室温至1200℃为30℃/min，1200℃至1770℃为10℃/min，1770℃保温时间为30小时。1770℃至1500℃以5℃/min降温，1500℃以下随炉冷却。最后用平面磨床和金刚石研磨膏对陶瓷进行磨制和抛光至1mm厚。烧结得到的陶瓷相对密度为＞99.9％，抛光后0.1at％Cr⁴⁺，1.0at％Nd³⁺:YAG陶瓷的透过率大于70％，晶粒尺寸为数十微米。

实施例3：

将25.4645g纯度为99.99％的α-Al₂O₃粉体，33.4778g纯度为99.99％的Y₂O₃粉体，0.5047g纯度为99.95％的Nd₂O₃粉体，0.0280g纯度为99.99％的CaO粉体，0.0380g纯度为99.99％的Cr₂O₃粉体和0.2976g高纯TEOS放入聚四氟乙烯球磨罐中，加入高纯玛瑙球180g，无水乙醇22ml，然后球磨10小时。在90℃的烘箱中烘干后，研磨过100目筛。用100MPa的压力轴向单向加压，压制成Φ20的圆片，再于300MPa的压力下冷等静压以进一步增加素坯密度。素坯在硅碳棒炉里800℃预烧结，升温速率为5℃/min。然后预烧结体继续在真空烧结炉中进行烧结，试样放在钼坩锅中。炉子的升温速率为：室温至1200℃为30℃/min，1200℃至1750℃为5℃/min，1750℃保温时间为30小时。1750℃至1000℃以5℃/min降温，1500℃以下随炉冷却。最后用平面磨床和金刚石研磨膏对陶瓷进行磨制和抛光至1mm厚。烧结得到的陶瓷相对密度为＞99.9％，抛光后0.1at％Cr⁴⁺，1.0at％Nd³⁺:YAG陶瓷的透过率大于70％，晶粒尺寸为数十微米。

实施例4：称量25.44849g纯度为99.99％的α-Al₂O₃粉体，33.5004g纯度为99.99％的Y₂O₃粉体，0.5047g纯度为99.95％的Nd₂O₃粉体，0.0168g纯度为99.99％的CaO粉体，0.0076g纯度为99.99％的Cr₂O₃粉体和0.2976g高纯TEOS，球磨混合、干燥、过筛、素坯成型、烧结、退火、磨制、抛光处理工艺与实施例1相同，得到0.02at％Cr⁴⁺，1.0at％Nd³⁺:YAG透明陶瓷。该陶瓷相对密度＞99.9％，在激光波长(1064nm)直线透过率高达70％，平均晶粒尺寸为数十微米。

实施例5：称量25.3626g纯度为99.99％的α-Al₂O₃粉体，33.4778g纯度为99.99％的Y₂O₃粉体，0.5047g纯度为99.95％的Nd₂O₃粉体，0.0280g纯度为99.99％的CaO粉体，0.1900g纯度为99.99％的Cr₂O₃粉体和0.2978g高纯TEOS，其它工艺与实施例1相同，得到0.5at％Cr⁴⁺，1.0at％Nd³⁺:YAG透明陶瓷。该陶瓷相对密度＞99.9％，在激光波长(1064nm)直线透过率高达65％，平均晶粒尺寸为数十微米。

实施例6：称量25.4645g纯度为99.99％的α-Al₂O₃粉体，33.4778g纯度为99.99％的Y₂O₃粉体，0.5047g纯度为99.95％的Nd₂O₃粉体，0.0202g纯度为99.99％的MgO粉体，0.0380g纯度为99.99％的Cr₂O₃粉体和0.2975g高纯TEOS，其它工艺与实施例1相同，得到0.1at％Cr⁴⁺，1.0at％Nd³⁺:YAG透明陶瓷。

实施例7：25.4645g纯度为99.99％的γ-Al₂O₃粉体，Y₂O₃、Nd₂O₃、CaO、Cr₂O₃高纯TEOS的添加量与实施例1相同，球磨混合、干燥过筛和素坯成型工艺均与实施例1相同。烧结也在真空烧结炉中进行，试样放在钼坩锅中。炉子的升温机制与实施例1相同，在1800℃保温时间为30小时，然后从1800℃至1200℃以5℃/min降温，1200℃以下随炉冷却。最后磨制、抛光和退火处理工艺与实施例1相同，最后得到0.1at％Cr⁴⁺，1.0at％Nd³⁺:YAG透明陶瓷。

实施例8：将20.3716g纯度为99.99％的α-Al₂O₃粉体，将5.0929g纯度为99.99％的γ-Al₂O₃粉体，Y₂O₃、Nd₂O₃、CaO、Cr₂O₃和高纯TEOS粉体的添加量与实施例1相同，其它过程与实施例1相同。

实施例9：称取169.6220g光谱纯的Y(NO₃)₃·6H₂O和105.0305g光谱纯的NH₄HCO₃，分别配置成0.15M的Y(NO₃)₃溶液和2.0M的NH₄HCO₃溶液。在室温下边搅拌边往2.0M的NH₄HCO₃溶液中缓慢滴加0.15M的Y(NO₃)₃溶液，得到的白色沉淀经12小时陈化后用去离子水洗涤3次以去除游离的无机离子，然后用无水乙醇洗涤2次以去除水分。所得的沉淀经长时间抽虑后转移到90℃的烘箱干燥。所得的干燥粉体研磨过200目筛，并在800℃进行煅烧处理得到Y₂O₃纳米粉体。称量该Y₂O₃纳米粉体33.4778g，α-Al₂O₃、Nd₂O₃、CaO、Cr₂O₃和高纯TEOS的添加量与实施例1相同，其它过程与实施例1相同。

实施例10：称取266.7634g光谱纯的NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O和186.0965g光谱纯的NH₄HCO₃，分别配置成0.25M的NH₄Al(SO₄)₂溶液和2.0M的NH₄HCO₃溶液。在室温下边搅拌边往2.0M的NH₄HCO₃溶液中缓慢滴加0.25M的NH₄Al(SO₄)₂溶液，得到的白色沉淀经12小时陈化后用去离子水洗涤3次以去除游离的无机离子，然后用无水乙醇洗涤2次以去除水分。所得的沉淀经长时间抽虑后转移到90℃的烘箱干燥。所得的干燥粉体研磨过200目筛，并在1000℃进行煅烧处理得到Al₂O₃纳米粉体。称量该Al₂O₃纳米粉体25.4645g，商用Y₂O₃、Nd₂O₃、CaO、Cr₂O₃和高纯TEOS的添加量与实施例1相同，其它过程与实施例2相同。

实施例11：按照实施例4制备Y₂O₃纳米粉体，按照实施例4制备Al₂O₃纳米粉体。分别称取该Y₂O₃纳米粉体33.4778g，Al₂O₃纳米粉体25.4645g，商用高纯Nd₂O₃、CaO、Cr₂O₃和TEOS的添加量与实施例1相同，其它过程与实施例2相同。

实施例12：称取113.5713g光谱纯的Y(NO₃)₃·6H₂O，和140.6477g光谱纯的NH₄HCO₃，分别配置成0.15M的Y(NO₃)₃溶液和2.0M的NH₄HCO₃溶液。称取25.4645g纯度为99.99％的α-Al₂O₃粉体分散到NH₄HCO₃溶液中，搅拌1小时。在室温下边搅拌边往分散有α-Al₂O₃粉体的NH₄HCO₃溶液中缓慢滴加0.15M的Y(NO₃)₃溶液，然后按照实施例4中的步骤处理包裹粉体。根据所得Y₂O₃包裹α-Al₂O₃复合粉体的质量，相应添加高纯Nd₂O₃、CaO、Cr₂O₃和TEOS，其它过程与实施例1相同。

实施例13：称取226.4332g光谱纯NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O和315.9236g光谱纯的NH₄HCO₃，分别配置成0.25M的NH₄Al(SO₄)₂溶液和2.0M的NH₄HCO₃溶液。称取33.4778g纯度为99.99％的Y₂O₃粉体分散到NH₄HCO₃溶液中，搅拌1小时。在室温下边搅拌边往分散有Y₂O₃粉体的NH₄HCO₃溶液中缓慢滴加0.25M的NH₄Al(SO₄)₂溶液，然后按照实施例5中的步骤处理包裹粉体。根据所得Al₂O₃包裹Y₂O₃复合粉体的质量，相应添加高纯Nd₂O₃、CaO、Cr₂O₃和TEOS，其它过程与实施例2相同。

实施例14：将281.3475g光谱纯的Al(NO₃)₃·9H₂O和172.3680g光谱纯的Y(NO₃)₃·6H₂O溶于去离子水中，Al³⁺和Y³⁺的浓度分别是0.25M和0.15M，把此混合盐溶液缓慢滴加到含有表面活性剂(聚乙二醇，PEG1000)的氨水溶液中，表面活性剂的量为铝和钇无机盐溶液重量的1％，用氨水调节pH值至9左右，获得白色沉淀，前驱体的处理过程与实施例5相同。并在1000℃进行煅烧处理得到纯YAG相纳米粉体。根据所得YAG粉体的质量，相应添加高纯Nd₂O₃、CaO、Cr₂O₃和TEOS，其它过程与实施例1相同。

实施例15：将47.3940g光谱纯的Al(NO₃)₃·9H₂O，29.0360g光谱纯的Y(NO₃)₃·6H₂O和42.4060g柠檬酸溶于去离子水中，搅拌形成均匀的溶液。将盛有该溶液的烧杯置于磁力搅拌器上，在80℃不停搅拌蒸发溶液，最终形成浅黄色的透明胶状物。将凝胶放入200℃的硅碳棒炉中热处理，形成浅黄色的疏松前驱体粉末。前驱体粉末经过850℃煅烧生成纯YAG相粉体。根据所得YAG粉体的质量，相应添加高纯Nd₂O₃、CaO、Cr₂O₃和TEOS，其它过程与实施例1相同。

实例16：将25.4839g纯度为99.99％的α-Al₂O₃粉体，32.1638g纯度为99.99％的Y₂O₃粉体，2.9556g纯度为99.95％的Yb₂O₃粉体，0.007g纯度为99.99％的CaO粉体，0.0095g纯度为99.99％的Cr₂O₃粉体和0.3031g高纯TEOS放入聚四氟乙烯球磨罐中，加入高纯玛瑙球180g，无水乙醇22ml，然后球磨10小时。在90℃的烘箱中烘干后，研磨过100目筛。用100MPa的压力轴向单向加压，压制成Φ20的圆片，再于300MPa的压力下冷等静压以进一步增加素坯密度。烧结是在真空烧结炉中进行，试样放在钼坩锅中。炉子的升温机制为：室温至1150℃为30℃/min，1150℃至1770℃为10℃/min，1770℃保温时间为10小时。1780℃至1500℃以5℃/min降温，1500℃以下随炉冷却。最后用平面磨床和金刚石研磨膏对陶瓷进行磨制和抛光至1mm厚。烧结得到的陶瓷相对密度为＞99.9％，抛光后0.025at％Cr⁴⁺，5.0at％Yb³⁺:YAG陶瓷进行退火处理，退火机制为：室温至1450℃升温速度为5℃/min，在1450℃保温时间为20小时后以1℃/min冷却至450℃，然后随炉冷却。用平面磨床和金刚石研磨膏对经过退火处理的陶瓷进行磨制和抛光至0.5mm厚。抛光后0.025at％Cr⁴⁺，5.0at％Yb³⁺:YAG陶瓷0.5mm片的实物照片见图4，其断口的形貌结构见图5。该陶瓷的相对密度＞99.9％，在激光波长(1064nm)直线透过率高达75％，平均晶粒尺寸为40微米。

实例17：25.4648g纯度为99.99％的α-Al₂O₃粉体，32.1215g纯度为99.99％的Y₂O₃粉体，2.9556g纯度为99.95％的Yb₂O₃粉体，0.0280g纯度为99.99％的CaO粉体，0.0380g纯度为99.99％的Cr₂O₃粉体和0.3031g高纯TEOS，其它工艺均与实施例1相同。抛光后得到1mm厚的0.075at％Cr⁴⁺，5.0at％Yb³⁺:YAG透明陶瓷片。

Claims (8)

1、双掺杂的钇铝石榴石透明陶瓷材料，其特征在于：对于Cr⁴⁺，Yb³⁺:YAG体系，Cr离子的掺杂量为0.01～0.5at％，Yb离子的掺杂量为5～30at％。

2、按权利要求1所述的双掺杂的钇铝石榴石透明陶瓷材料，其特征在于：对于Cr⁴⁺，Yb³⁺:YAG体系，Cr离子的掺杂量为0.01～0.1at％，Yb离子的掺杂量为5～10at％。

3、按权利要求1或2所述的双掺杂的钇铝石榴石透明陶瓷材料，其特征在于平均晶粒尺寸为1-100μm。

4、一种制备如权利要求1或2所述的钇铝石榴石透明陶瓷材料的方法，包括原料和烧结助剂的选择、球磨混合、干燥、成型、烧结和退火工艺步骤，其特征在于具体工艺步骤是：

步骤1：按权利要求1或2所述的配比进行称量；所使的烧结助剂为Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、MgO、SiO₂或正硅酸乙酯中的一种或两种，添加量为10²ppm；

步骤2：将步骤I所述的配比进行称量后的粉料和烧结助剂在行星式球磨机中混匀，使用介质为无水乙醇或去离子水；

步骤3：90-100℃烘千浆料，研磨过筛，干压加冷静压成型；

步骤4：真空烧结：

①对干压加冷等静压成型的素坯直接进行真空烧结，升温速度为1～20℃/mim，烧结温度为1650～1850℃，保温时间为5～40小时，真空度为10^-2～10^-4Pa；

②或对干压加冷等静压成型的素坯在真空炉分两步烧结，第一步在1000～1500℃预烧2～20小时，升温速度为1～20℃/mim，真空度为10^-2～10^-4Pa；第二步在1700～1850℃保温5～40小时，升温速度为1～20℃/mim，真空度为10^-2～10^-4Pa；

③或对干压加冷等静压成型的素坯在氧化性气氛的硅钥棒炉中进行无压预烧结：升温速度为1～20℃/mim，烧结温度为800～1200℃，预烧时间为2～20小时；把预烧结后的坯体置于真空烧结炉中进行二次烧结，烧结温度为1650～1850℃，保温时间为5～40小时，真空度为10^-210^-4Pa；

步骤5：将真空烧结的Cr，Yb:YAG陶瓷在氧化性气氛的硅钼棒炉中进行退火处理：退火温度为800～1600℃，退火时间为2～40小时。

5、按权利要求4所述的双掺杂的钇铝石榴石透明陶瓷材料的制备方法，其特征在于原料的选择是下述(a)～(k)中任意一组：

(a)商用的高纯α-Al₂O₃，Y₂O₃，Cr₂O₃和Yb₂O₃粉体；

(b)商用的高纯γ-Al₂O₃，Y₂O₃，Cr₂O₃和Yb₂O₃粉体；

(c)商用的高纯α-Al₂O₃，γ-Al₂O₃，Y₂O₃，Cr₂O₃和Yb₂O₃粉体；

(d)商用的高纯α-Al₂O₃，Cr₂O₃，Yb₂O₃和湿化学法制备的高纯Y₂O₃纳米粉体；

(e)商用的高纯γ-Al₂O₃，Cr₂O₃，Yb₂O₃和湿化学法制备的高纯Y₂O₃纳米粉体；

(f)商用的高纯Y₂O₃，Cr₂O₃，Yb₂O₃和湿化学法制备的高纯Al₂O₃纳米粉体；

(g)湿化学法制备的高纯Al₂O₃，Y₂O₃纳米粉体和商用高纯Cr₂O₃，Yb₂O₃粉体；

(h)非均相沉淀法制备的Y₂O₃包裹Al₂O₃粉体和商用高纯Cr₂O₃，Yb₂O₃粉体；

(i)非均相沉淀法制备的Al₂O₃包裹Y₂O₃粉体和商用高纯Cr₂O₃，Yb₂O₃粉体；

(j)湿化学法制备的高纯YAG纳米粉体及商用高纯Cr₂O₃，Yb₂O₃粉体；

(k)湿化学法制备的高纯Yb:YAG纳米粉体及商用高纯Cr₂O₃粉体；

所述的商用或湿化学法制备的粉体纯度为99.95-99.99％。

6、按权利要求5所述的双掺杂的钇铝石榴石透明陶瓷材料的制备方法，其特征在于；所述的湿化学法为沉淀法或溶胶-凝胶法中一种。

7、按权利要求4所述的双掺杂的钇铝石榴石透明陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述行星式球磨机转速为100-400rpm，球磨时间为2-20小时。

8、按权利要求4所述的双掺杂的钇铝石榴石透明陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述的成型是：

(a)干压成型过程中采用的轴向单向加压方式，压力为50～100MPa，保压时间0.5～3分钟；

(b)干压成型后的素坯经真空包装后，在200～400MPa的压力下冷等静压成型，保压时间1～5分钟，使素坯密度为组分理论密度的45～65％。

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