中國粉體網(wǎng)訊  近日，中國科學院上海光學精密機械研究所研究員周圣明領銜的透明陶瓷課題組在鋱鋁石榴石基(TAG)磁光陶瓷研究方面取得新進展，在國際上首次制備了ZrO2做燒結(jié)助劑的高質(zhì)量鋱鋁石榴石磁光透明陶瓷，其在1064nm處的直線透過率達到82.04%，達到國內(nèi)領先、國際先進水平，在632.8nm處的費爾德常數(shù)為~175 rad/T/m，高于目前商用鋱鎵石榴石(TGG)約30%。相關成果相繼發(fā)表在《材料快報》(Scripta Materialia)上。

鋱鋁石榴石基透明陶瓷因其優(yōu)異的磁光性能、高熱導率和高激光損傷閾值等優(yōu)勢，在高功率法拉第磁光隔離器中具有重要的應用前景。但是，由于在透明陶瓷制備過程中，極易形成封閉氣孔、雜質(zhì)殘留和晶界相等散射源，從而導致高功率激光輻射下嚴重的熱吸收效應，造成器件的隔離度大大降低甚至損壞器件或激光系統(tǒng)。對鋱鋁石榴石陶瓷光學質(zhì)量的提高和散射中心的消除是目前鋱鋁石榴石基磁光陶瓷研究的焦點。研究團隊突破常規(guī)，通過引入ZrO2作為燒結(jié)助劑，在優(yōu)化真空燒結(jié)中的升溫和保溫機制的基礎上，得到了具有極大尺寸晶粒（~400um）和高光學透過率的Zr:TAG磁光陶瓷。

在該項研究中，針對ZrO2在不同燒結(jié)階段對TAG晶粒生長和相成分變化的影響進行了系統(tǒng)研究。發(fā)現(xiàn)ZrO2一方面可以在低溫階段促進陶瓷的致密化，有利于氣孔排除；另一方面，在高于1550℃的燒結(jié)后期晶粒生長顯著加快，并且通過X射線衍射(XRD)和X射線光電子能譜(XPS)發(fā)現(xiàn)ZrO2出現(xiàn)在樣品表面并在拋光后被消除。研究表明ZrO2作為燒結(jié)助劑可以在燒結(jié)前中期促進燒結(jié)，在燒結(jié)末期被排出陶瓷體系，避免了在晶界中殘余而導致散射的增加，因此可以進一步提高透明陶瓷的光學質(zhì)量。

課題組自2011年首次制備并報道鋱鋁石榴石磁光透明陶瓷以來，相關研究受到國內(nèi)外廣泛關注和跟進，目前，課題組在Applied Physics Letters，Optics Letters，Scripta Materialia 等期刊上已發(fā)表TAG相關論文數(shù)十篇，對其高功率應用性能進行了充分研究和論證，采用新型的ZrO2燒結(jié)助劑有望為TAG陶瓷的高功率實用化提供重要支撐。

圖1 不同溫度燒結(jié)12小時后Zr:TAG的樣品形貌和致密化曲線

圖2 1650攝氏度保溫48小時的退火前后Zr:TAG樣品形貌和透過率曲線

圖3 制備的大尺寸Zr:TAG磁光陶瓷樣品

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權告知刪除