氧化釔陶瓷
氧化釔(Y2O3)為立方結(jié)構(gòu),熔點高,化學和光化學穩(wěn)定性好,光學透明性范圍較寬,聲子能量低,容易實現(xiàn)稀土離子的摻雜。其具有卓越的等離子體抗性,對于務(wù)必避免顆粒污染的半導(dǎo)體加工設(shè)備應(yīng)用而言是理想之選,因為它能降低設(shè)備維護要求,從而提高生產(chǎn)力。
氧化釔透明陶瓷具有優(yōu)異的光學和熱學性能,是一種有較高應(yīng)用價值的功能材料,在高溫窗口、紅外頭罩、發(fā)光介質(zhì)(閃爍、激光和上轉(zhuǎn)換發(fā)光)及半導(dǎo)體行業(yè)具有潛在的應(yīng)用價值,現(xiàn)已成為單晶的可替代材料。
氧化釔的物理化學性質(zhì)的主要特點
①熔點高,化學和光化學穩(wěn)定性好,光學透明性范圍較寬(0.23~8.0μm);
②在1050nm處,其折射率高達1.89,使其具有80%以上的理論透過率;
③氧化釔具有足以容納大多數(shù)三價稀土離子發(fā)射能級的、較大的異帶到價帶的有效裁剪,從而實現(xiàn)其應(yīng)用的多功能化;
④聲子能量低,其最大聲子截止頻率大約為550㎝-1,低的聲子能量可以抑制無輻射躍遷的幾率,提高輻射躍遷的幾率,從而提高發(fā)光亮子效率;
⑤熱導(dǎo)率高,約為13.6W/(m·K),高的熱導(dǎo)率對其作為固體激光截止材料極為重要。
上述特性使得氧化釔透明陶瓷在高溫窗口、紅外探測、發(fā)光介質(zhì)、半導(dǎo)體行業(yè)具有潛在應(yīng)用價值。
氧化釔透明陶瓷的燒結(jié)
氧化釔透明陶瓷的制備主要涉及粉體和燒結(jié)技術(shù)兩個方面:
在粉體方面,有些是直接采用商業(yè)化的高純度粉體為原料,有些則是采用濕化學法、氣相法等合成的粉體;
在燒結(jié)方面,目前所報道的由熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、真空燒結(jié)和氫氣氛燒結(jié)(干氫、濕氫),其致密化機理可以概括為純固相高溫燒結(jié)、液相燒結(jié)/瞬時液相燒結(jié)、壓力輔助燒結(jié)和固溶活化燒結(jié)。為了提高氧化釔透明陶瓷的光學質(zhì)量和降低燒結(jié)溫度,一般都需要多種燒結(jié)方式聯(lián)合使用。
氧化釔透明陶瓷的應(yīng)用研究方向 (文獻資料限制,內(nèi)容有限)
氧化釔因優(yōu)異的物理化學性質(zhì)被潛在開發(fā)于:導(dǎo)彈的紅外窗口和球罩、可見和紅外透鏡、高壓氣體放電燈、陶瓷閃爍體以及陶瓷激光器等領(lǐng)域中。
①高壓氣體放電燈燈管:氧化釔具有立方相結(jié)構(gòu),光學性能各向同性,化學穩(wěn)定性高,能耐金屬鈉蒸氣和其他金屬鹵化物蒸氣腐蝕,將其用于高強度氣體放電燈領(lǐng)域一直是研究人員努力的方向,雖有進展,但距離實際應(yīng)用推廣還存在技術(shù)成本等因素限制。
②窗口材料:在3~5μm具有良好光學透過性能的材料在軍事領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用,盡管研究人員在實驗室通過各種燒結(jié)工藝成功研制出過透過率較好的氧化釔透明陶瓷,但是由于目前商業(yè)納米氧化釔粉體含有的雜質(zhì)較多,其光學性能尚無法滿足實際的應(yīng)用需求。