DE2245736A1 - Mischkristallsubstanz und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Mischkristallsubstanz und verfahren zu ihrer herstellung

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DE2245736A1 DE19722245736 DE2245736A DE2245736A1 DE 2245736 A1 DE2245736 A1 DE 2245736A1 DE 19722245736 DE19722245736 DE 19722245736 DE 2245736 A DE2245736 A DE 2245736A DE 2245736 A1 DE2245736 A1 DE 2245736A1
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Guenter Dr Nitschmann
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
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Description

Die Erfindung betrifft eine Mischkristallsubstanz für Festkörperlaser und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Die Verwendung von mit Neodym dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat - im folgenden kurz YAG:Nd - als Laser-Kristall ist aus der Zeitschrift Applied Physics Letters J5 (1964), 200, bekannt. Das bekannteste Dotier-Ion für YAG ist das
3+
dreiwertige Neodym-Ion Nd , das zu den Lanthanide!! gehört. Aus einem Prospekt der Firma Airtron, New Jersey, ist es bekannt, bis etwa 1,25 Atom-$ Neodym in das Kristallgitter des kubischen YAG einzubauen. Der Maximalgehalt des Neodyms und/oder anderer seltenen Erdionen in dem Granat-Kristall ist von dem Tierteilungskoeffizienten, also dem Verhältnis der Konzentration des dotierten Stoffes in dem Kristall zu der Konzentration des dotierten Stoffe* in der Schmelze, die sich im Gleichgewicht mit dem Kristall befindet, und dem Ionen-Radius des Dotier-Ions abhängig.
In der DT-OS 1 544 331 wird für YAG:Nd ein Verteilungskoeffizient von ca. 0,25 angegeben.
Die bekannten, mit Neodym dotierten YAG-Laser-Kristalle haben jedoch den Nachteil, daß durch den ungünstigen Verteilungskoeffizienten die Einbaumenge des Neodyms und damit die Lumineszenzausbeute dieser Kristalle sehr begrenzt ist.
4098 U/1051
Es ist daher die Aufgabe dieser Erfindung, eine Substanz für Festkörperlaser mit Granatstruktur zu schaffen, in die eine größere Menge eines dreiwertigen seltenen Erdions - vorzugsweise Nd - eingebaut werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Mischkristallsubstanz der Formel La Y„ Al-O1,, verwendet wird, wobei die Bedingung 0 < χ < 1 ,2 gilt.
Die Herstellung dieser Mischkristallsubstanz kann derart erfolgen, daß sie aus einem Gemenge zusammengesintert und/oder zusammengeschmolzen wird, das aus 61 bis 90 M0I-9& Y^Al5O12 und 39 - 10 Mol-# La Al-O. ,, besteht. Das Gemenge kann die Lanthan-, Yttrium- und Aluminium-Verbindungen auch jeweils in Oxidform, Karbonatform, Halogenidform oder Nitratform enthalten j es ist aber auch möglich, daß das Gemenge die genannten Kationen in Oxid- und/oder Karbonat- und/oder Halogenid- und/oder Nitratform enthält.
Nach einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens wird das Gemenge bei Temperaturen bis zu 1küO C mindestens einer Sinterung unterworfen. Schließlich kann zwischen den Sinterungen jeweils ein Zerkleinern und Homogenisieren der Sintersubstanz erfolgen.
Als geeigneter Partner für einen Mischkristall mit Granatstruktur erwies sich eine Lanthan-Aluminium-Sauerstoff-Verbindung der Summenformel La-Al-O1„ (im folgenden kurz LAG), die mit dem Yttrium-Aluminium-Granat Y-Al-O12 bis zu 39 Mol-$ kubische Mischkristalle bildet.
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind vier verschiedene Mischungen YAG/LAG sowie die Ergebnisse von röntgendiffraktometrischen Strukturuntersuchungen angegeben.
4098U/1051
Tabelle 1
CD CO CO
ο cn
Nr. Mischung MoI-f>) Vorbehandlung des Gemisches YAG (.kub. ) b) geschmolzen; anschließend geglüht YAG (kub.)
1 (in YAG a) geschmolzen YAG (tetr.)
LaAlO-		 Hauptbestandteil: YAG (tetr.)
LaAlO3
2 90 LAG Hauptbestandteils YAG (kub.) sehr geringe Spur:
feinste Spur:		 YAG (kub.J
3 10 YAG geringe Spur:
sehr geringe Spur:		 YAG (tetr. )
LaAl0„		 Hauptbestandteil: YAG (tetr,)
LaAlO,,
j)
k 80 LAG Hauptbestandteil: YAG (kub. ) geringe Spur:
sehr geringe Spurs		 YAG (kub.) -
20 YAG geringe Spur:
sehr geringe Spurs		 YAG (tetr.)
LaAlO		 Hauptbestandteil: LaAlO
YAG (tetr=)
70 LAG Hauptbestandteil: LaAlO0 mittlere Spur;
sehr geringe Spur:		 LaAlO0
30 YAG sehr geringe Spur:
geringe Spur:		 J1™
YAG (tetr.)		 Hauptbestandteil: ■""" "■'■ J '
YAG (tetr.)
YAG'(kub.)
60 LAG Hauptbestandteil: sehr geringe Spur:
feinste Spur:
40 geringe Spur:
u>
ro ro
cn -j
CjO CD
Die röntgenographische Untersuchung zeigt, daß in den Beispielen 1 bis 3 der kubische YAG jeweils der Hauptbestandteil sowohl des lediglich geschmolzenen (a) als auch des geschmolzenen und sodann geglühten (b) Gemisches ist. Da mit der Methode der Röntgen-Pulverdiffraktometrie neben einer rein qualitativen auch eine zumindest halbquantitative Phasenanalyse möglich ist, wurden neben dem jeweiligen Hauptbestandteil auch noch untergeordnete Anteile anderer Phasen gemäß folgender intensitätsmäßiger Abstufung aufgeführt: mittlere Spur - geringe Spur - sehr geringe Spur - feinste Spur. So treten als untergeordnete Phasen der tetragonale YAG und das rhomboedrische Lanthan-Aluminat LaAlO^ auf. Erst bei einem Gemisch mit kO Mol-# LAG und 60 Mol-# YAG tritt das LaAlO3 als Hauptbestandteil auf.
In der Figur ist ein Rb'ntgen-Pulverdiagramm einer Mischkristallsubstanz mit 90 Mol-36 YAG und 10 MoI-^LAG (Mischung Nr. 1 in Tabelle 1) im Glanzwinkelbereich zwischen 18° <_ % = 62° dargestellt.
Das Röntgenpulver-Diagramm wurde mit CuK -Strahlung und
Q!
Ni-Filter bei ho kV und I5 mA aufgenommen. Die Auswertung erfolgte in bekannter Weise mit Hilfe der ASTM-Karteikarten:
Nr. 8-178 3Y20„ '5Al2O3 (kubisch) Nr. 9 - 310 3Y2O3 ·5Α12Ο (tetragonal) Nr. 9 - 72 LaAlO3 (rhomboedrisch).
In der Figur sind die einzelnen Peaks mit Symbolen versehen, die für die jeweils zugeordneten Phasen stehen.
In der Tabelle 2 ist das in der Figur dargestellte Diagramm ausgewertet worden. Dem Glanzwinkel 4 sind die aus den ASTM-Karten entnommenen relativen Röntgenintensitäten I/I., der drei gefundenen Phasen zugeordnet worden.
409814/1051 - 5-
sr
Tabelle 2
Glanzwinkel relative Inte isitäten 1/I1 aus ASTM-Kartei • - - - LaA10„
18,1 YAG (kub.) YAG (tetr.) -
20,9 35 ■ M -
27,8 10 - -
29,8 20 - -
33,3 30 " - -
34,2 100 - 100
34,6 - 100 -
36,6 - 30 -
38,1 25 - -
39,3 5 - 30
41 ,2 - - 80
42,6 30 - -
46,4 - 20 -
52,7 30 -
55,1 25 -
56,2 40 -'
57,2 10 -
61,6 35 -
15
400814/1051
In das Mischkristallmaterial mit der allgemeinen Formel (La1Y)^Al1-O19, das isomorph mit dem kubischen YAG ist, kann durch Substitution des größeren La -Ions (if355 A.) durch das kleinere Nd -Ion (1,323 A*) der Einbau von Neodym in die aufgeweitete Granatstruktur erleichtert werden. Es ist nunmehr möglich, eine größere Dotier-Konzentration des Nd im YAG-Kristall zu erreichen.
Die Herstellung des (La,Y)-Al1-O1 „-Mischkristallmaterials erfolgt durch mindestens einmaliges Sintern der Gemische bei Temperaturen bis zu 14θΟ C, wobei vorzugsweise ein oder mehrere Arbeitsgänge zum Zerkleinern und Homogenisieren dazwischen liegen. Die erhaltene Mischkristallsubstanz mit kubischer Granatstruktur läßt sich ohne Zersetzung einschmelzen.
Eine Einkristallherstellung aus der erfindungsgemäßen Mischkristallsubstanz kann nach bekannten Zuchtverfahren, beispielsweise nach dem Verneuil-Verfahren, nach hydrothermalen oder nach Schmelzfluß-Techniken erfolgen.
A Q 9 8 U / 1 0 5 1

Claims (1)

  1. Ansprüche
    1. Mischkristallsubstanz, gekennzeichnet durch die Formel
    LaxY3-xAl5°12'
    wobei die Bedingung: 0 < χ < 1,2 gilt.
    2. Verfahren zur Herstellung einer Mischkristallsubstanz
    nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Gemenge zusammengesintert und/oder zusammengeschmolzen wird, das aus den folgenden Bestandteilen besteht:
    61 - 90 Mol-# Y Al5O12
    39-10 Mol-# La3Al5O12
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge La-, Y- und Al-Verbindungen jeweils in Oxidform enthält.
    h. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge La-, Y- und Al-Verbindungen jeweils in Karbonat-Form enthält.
    5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge La-, Y- und Al-Verbindungen jeweils in Halogenid-Form enthält.
    6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge La-, Y- und Al-Verbindungen jeweils in
    - Nitrat-Form enthält.
    7· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge La-, Y- und Al-Verbindungen teilweise oder ganz in Oxid- und/oder Karbonat- und/oder Halogenidunä/oder Nitrat-Form enthält.
    40981 4/1051
    -B-
    A 1880
    i. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 71 daduroh gekennzeichnet, daß mindestens eine einmalige Sinterung bei einer Temperatur bis zu 1^00°C erfolgt.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den jeweiligen Sinterungen jeweils ein Zerkleinern und Homogenisieren der Sbtersubstanz erfolgt.
    10. Verwendung der Mischkristallsubstanz nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die herstellung von Einkristall-Festkörperlasern.
    4098 U/ 1 051
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111205079A (zh) * 2019-12-27 2020-05-29 江苏大学 一种镧掺杂钇铝石榴石陶瓷及其制备方法
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