Nd-YAG透明陶瓷用单分散球形粉体的喷雾造粒制备及性能表征

SHANGHAIUNIVERSITY毕业设计（论文）UNDERGRADUATEPROJECT(THESIS)题目Nd:YAG透明陶瓷用单分散球形粉体的喷雾造粒制备及性能表征学院材料科学与工程学院专业电子信息材料系学号12125909学生姓名杨朝翔指导教师周晓起讫日期上海大学毕业设计(论文)1目录Nd:YAG透明陶瓷用单分散球形粉体的喷雾造粒制备及性能表征........2摘要................................................................................................................2ABSTRACT...................................................................................................3第一章引言..................................................................................................4第二章绪论..................................................................................................52.1透明陶瓷发展史.....................................................................................52.2影响陶瓷透明的主要因素.....................................................................72.2.1晶界............................................................................................82.2.2微气孔........................................................................................82.2.3杂质和非主晶相........................................................................82.2.4表面散射.......................................................................................82.3透明陶瓷的特点和优势.........................................................................92.4YAG的性质..........................................................................................102.4.1YAG的晶体结构....................................................................102.4.2YAG的物理化学性质............................................................112.4.3YAG透明陶瓷的烧结原理....................................................122.5透明陶瓷的应用...................................................................................132.5.1高功率固体激光器中的应用..................................................132.5.2核聚变点火装置中的应用......................................................152.5.3核医学成像中的应用..............................................................162.5.4安全监测中的应用..................................................................18第三章实验部分........................................................................................19第一节实验原料与化学试剂....................................................................19第二节实验设备与测试仪器....................................................................19第三节试验流程........................................................................................20第四节实验结果分析................................................................................243.4.1粘结剂添加量的影响..............................................................243.4.2显微结构与光学透过率..........................................................29第四章结论................................................................................................31致谢......................................................................................................32参考文献......................................................................................................33上海大学毕业设计(论文)2Nd:YAG透明陶瓷用单分散球形粉体的喷雾造粒制备及性能表征摘要采用Al2O3、Y2O3和Nd2O3粉体加入粘结剂（PVB）、烧结助剂、分散剂等混合球磨获得浆料结合喷雾造粒工艺制备Nd:YAG透明陶瓷粉体。加入PVB的主要目的是促进粉体造粒并抑制组分分离。本文主要讨论了不同PVB添加量下（0、0.5、1.0、1.5和2.0wt%）YAG造粒颗粒的形貌特征、尺寸及成型性能，并详细表征了所烧制YAG透明陶瓷的显微结构及光学性能。在PVB含量为1wt%时造粒粉体表现出较好的均匀性和流动性，均为实心且球形度较高的单分散颗粒，粒径尺寸约40μm。烧制后的陶瓷结构单一均匀分布、无气孔及其他缺陷，比较适合用于制备Nd:YAG透明陶瓷。关键词：光学性能；Nd:YAG；透明陶瓷；喷雾干燥；PVB粘结剂上海大学毕业设计(论文)3ABSTRACTThemixedpowderswerepreparedbyspraydryingtechnologywithAl2O3、Y2O3andNd2O3powdersasstartingmaterialsandpolyvinylbutyral(PVB)asbinder、sinteringaidsanddispersant.ThemainideaofintroducingPVBistopromotethespraygranulationofthepowdersandinhibitthesegregationofcompositions.ThisarticlemainlydiscussedtheeffectoftheadditionofPVBwithdifferentcontentsonthemorphologiesandcompositionsofthespray-driedpowders,aswellastheopticalpropertiesandthemicrostructureofsinteredceramicswereanalysedbySEM.TheoptimalcontentofbinderPVBis1.0wt%whilethesolidcontent42wt%anddispersantPEG4000.50wt%.Thegranulatedparticlesexhibitbetterhomogeneousdistributionandfluidity,andmeansizewasabout40μm,whilethecorrespondingceramicscalcinedat1730℃for30hhavegoodopticalpropertieswithhomogeneousmicrostructureandnoporeorotherdefectswereobserved,whicharesuitabletofabricatetheNd:YAGtransparentceramics.Keywords:opticalproperties；Nd:YAG；transparentceramics；spraydrying；PVBbinder上海大学毕业设计(论文)4第一章引言透明陶瓷材料不仅具有良好的透明性，且耐腐蚀，能在高温高压下工作，还有许多其它材料无可比拟的性质，如高强度、介电性能优良、低电导率、高热导性等，逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用。特别地，透明陶瓷材料在固体激光器上的成功应用是激光技术方面的一大突破，也是近几十年来国内外研究的热点。激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。激光技术已广泛应用于军事、医疗、能源、通信和工业等方面。在军事上，激光广泛应用于激光测距、制导、跟踪、雷达、激光武器和光电子对抗、遥测、精密定位和光通讯等方面；医疗上应用于视网膜增厚手术，胆结石、肾结石无创伤粉碎，腰椎颈椎无创伤定位手术；工业上应用于材料的切割、钻孔、焊接和表面处理。理论上，可以利用高能激光实现惯性约束核聚变，为人类提供源源不断的清洁能源，也是目前新能源研究的热点之一。固体激光器是指以固体材料作为工作物质的激光器。固体激光器具有输出功率大、器件尺寸小、使用方便等特点。通常的发光离子是以镧系稀土为主，目前已经观察到11个三价的和3个两价的镧系离子和一个锕系离子的激光发射。实现激光发射的介质材料有晶体、陶瓷、非晶体、金属有机化合物等。尽管固体激光器的基质选择很多，但是由于激光发射要求苛刻，真正符合使用条件的却很少。目前在固体激光器上应用的晶体材料具有制备周期长、成本高、尺寸小、掺杂浓度低、掺杂离子分布不均且无法进行有效掺杂设计等缺点，成为限制固体激光器发展的瓶颈。随着透明陶瓷材料研究的飞速发展，逐渐克服了其原有透明度低、气孔含量高、存在散射中心等缺点。并且其相对于晶体材料的优势也逐步体现出来。透明多晶陶瓷容易制备。通常单晶需要在材料熔点附近生长，而多晶陶瓷在材料熔点以下几百度就可烧结（比如氧