氧化钇透明陶瓷的制备及其光学性能(2)
1.2 透明激光陶瓷的优点
自从第一台红宝石激光器于1960年问世以来，固体激光器一直是最重要的开发应用和研究对象[3]。作为激光器的主体，激光基质材料是固体激光技术的重要支柱。透明激光陶瓷具有掺杂均匀性好、掺杂浓度高、成本低、烧结温度低、周期短、质量可控性强、形状自由度大、尺寸大以及可以实现多层多功能激光器等优点；与玻璃相比，透明激光陶瓷具有单色性好、热导率高、结构组成更为理想、可承受辐射功率高等优点。
1.3 氧化钇的物理化学性质
立方结构的氧化钇，具有优良的物理化学特性，有望成为优异的固体激光器基质材料[4]。然而氧化钇单晶生长困难，并且在2280oC左右，氧化钇会发生相变，由立方相变为吹冰方相[5]。
氧化钇陶瓷的烧结温度一般在2000oC左右，低于其熔点700oC左右，采用真空烧结技术和纳米技术以后可降至1700oC左右，相比于氧化钇单晶的生产简单很多，并且可以制备出高掺杂大尺寸的氧化钇材料，因此被人们的广泛关注[6]。2001年Lu等通过碳酸盐沉淀法制备出的Nd：Y2O3粉体具有优异烧结性能[7]。该粉体经过1700oC烧结后首次得出了氧化钇陶瓷的激光输出，斜率效率为32%，其激光在160mW左右达到最大输出功率。
氧化钇的物理化学性质：
1）熔点高，光学透明性范围较宽（0.23- 8.0μm），化学和光学稳定性好；
2）在1050nm处，其折射率高达1.89，使其理论透过率达到80%以上；
3）Y2O3具有足以容纳大多数三价稀土离子发射能级的、较大的导带到价带的带隙，可以掺杂稀土离子，有效裁剪发光性能，从而实现其应用的多功能化；
4）声子能量低，其最大声子截止频率大约为550cm-1，低的声子能量可以抑制无辐射跃迁的几率，增加辐射跃迁的几率，从而增大发光量子效率；
5）热导率高，在30oC是大约27W/（m•K），高的热导率对其作为固体激光介质材料极为重要。
1.4 透明陶瓷的应用
(1)整流罩和红外窗口
整流罩和窗口是夜间情报侦察、空中进攻、保证防空作战等军事领域系统正常工作的关键零件。所选用的整流罩和窗口材料除了需要具有在红外波段拥有透明性之外，还应该拥有足够的机械性能，如耐用、高强度等来抵抗飞行时产生的热冲击和外界环境应力侵蚀，并且能够灵敏的传递外界的目标辐射。现今，透明陶瓷在军事领域得到了很大的重视与应用，常用的整流罩和红外窗口材料有Y2O3、蓝宝石、AlON、MgAl2O4、MgF2等。
(2) 激光陶瓷
从20 世纪 60 年代开始透明陶瓷被用作激光陶瓷，并在70年代获得了新的改进、提高以及应用。作为新的激光基质，透明陶瓷在近几十年也获得了新的进展。常见的透明激光陶瓷主要有：Y2O3、YAG、Lu2O3、YSAG及Sc2O3等立方相的体系中[16]。
(3) 无机闪烁陶瓷
闪烁材料为吸收高能光子后从而发出可见光的光功能材料，被广泛应用于医学(如X-CT、PET及相机)、地质勘探、高能物理、工业CT探伤应用等领域。闪烁陶瓷材料是一种全新的光信号探测材料，和现在广泛应用的气体以及单晶闪烁探测材料相比，它拥有明显的优点，如余晖低、光输出高、可加工性强、制备成本低和可抗辐射损伤等优点，进而为信息探测成像系统提供了广阔的应用前景[17]。