Search academic texts

Registration Number

0824U000561, PhD dissertation

Status

Доктор філософії, 132, Матеріалознавство

Date

28-02-2024

popup.evolution

o

Title

Regularities of formation and structural-phase state of highly-doped YAG:Sm3+ optical ceramics

Author

Tymoshenko Arsenii D.,

popup.head Roman P. Yavetskyi
popup.opponent Yaroslav V. Gerasymov
popup.opponent Oksana V. Savvova
popup.review Serhii V. Nizhankovskyi
popup.review Mariya V. Dobrotvorska

Description

Дисертацію присвячено дослідженню процесів формування, структурно-фазового стану, морфології, оптичних та люмінесцентних властивостей високолегованої кераміки YAG:Sm3+, отриманої консолідацією в умовах фазових перетворень. Визначено основні фізико-технологічні параметри синтезу оптичної високолегованої кераміки YAG:Sm3+. Реалізовано умови отримання кераміки YAG:Sm3+ з використанням комплексної домішки MgО+SiO2 з функціональними параметрами на рівні монокристалічних аналогів. В першому розлілі описано данні що до методів отримання та властивостей YAG:Sm3+. В другому розділі описано експериментальні методики компактування порошків та виготовлення зразків оптичної кераміки шляхом реакційного спікання порошкових сумішей стехіометричного складу граната у вакуумі. В третьому розділі досліджено вплив умов консолідації на оптичні властивості та структурно-фазовий стан кераміки YAG:Sm3+ (5 ат.%). Наведено результати детального дослідження закономірностей формування мікроструктури та оптичних властивостей кераміки YAG:Sm3+ (5 ат.%) спеченої в інтервалі температур 1700–1800˚C. Встановлено оптимальні умови консолідації (Т=1725°С, 10 годин), що забезпечують повне видалення пор та формування кераміки YAG:Sm3+ (5 ат.%) з оптичними втратами 0,08 см - 1 на довжині хвилі 808 нм, середнім розміром зерен ~20 мкм та коефіцієнтом оптичного поглинання α≈2,25 см-1 на довжині хвилі 1064 нм. Показано що, за температури консолідації 1700°С не завершується ущільнення кераміки не дивлячись на високу розгалуженість системи границь зерен. Встановлено, що бімодальний рост зерен в кераміці YAG:Sm3+ (5 ат.%), що фіксується за температури 1800°С, пов’язаний із одночасним співіснуванням двох або більше типів границь зерен із різною рухливістю, що може бути обумовлено сегрегацією частини іонів самарію по границях зерен. Аномальний ріст зерен супроводжується захватом пор в об'єм зерна, що ускладнює подальше ущільнення та призводить до зниження оптичної якості. В четвертому розділі проаналізовано вплив концентрації іонів Sm3+ на структурно-фазовий стан та оптичні властивості реакційноспеченої прозорої кераміки YAG:Sm3+ (3-15 ат.%). Встановлено умови формування високолегованої оптичної кераміки YAG:Sm3+ із вмістом іонів самарію ≤9 ат.%. В кераміці YAG:Sm3+ з концентрацією легування 11, 15 ат.% відбувається утворення домішкової фази по границях зерен внаслідок часткового розпаду пересиченого твердого розчину заміщення Y1-хSmхAG на перовскіт Y1-хSmхAlO3 та Al2O3. Показано, що твердий розчин заміщення (Y1-xSmx)3Al5O12 формується у всьому досліджуваному диапазоні концентрацій. Параметр решітки кераміки YAG:Sm3+ лінійно збільшується зі збільшенням концентрації активатора від 3 до 15 ат.% у відповідності до правила Вегарда Встановлено, що інтенсивність сателітів основних спектральних ліній, які відповідають найближчим n.n. парам іонів RE3+ у додекаедричній позиції, зростає зі збільшенням концентрації іонів Sm3+. Підвищення інтенсивності сателітів призводить до розширення спектральних ліній поглинання в діапазоні 1060-1070 нм і водночас до збільшення коефіцієнта поглинання при 1064 нм. Коефіцієнт поглинання іонів Sm3+ при 1064 нм зростає зі збільшенням концентрації Sm3+ від 1,27 см−1 за 3 ат. % до 7,91 см−1 за рівня легування 15 ат.%. Монофазна високолегована кераміка YAG:Sm3+ (9 ат.%) має значення коефіцієнта оптичного поглинання α1064нм=4,5 см−1 і оптичні втрати α808нм=0,07 см−1. В п’ятому розділі досліджено взаємний вплив різних концентрацій іонів Si4+ та Mg2+ на особливості консолідації, формування мікроструктури та оптичні властивості кераміки YAG, YAG:Sm3+. Досліджено процеси ущільнення модельної системи YAG (Si4+,Mg2+), що забезпечує керування процесами твердотільного спікання за рахунок зміни концентрації дефектів як в аніонній, так і катіонній підгратці. Показано, що відношення концентрацій CSi/CMg може бути використане як ефективний критерій процесів ущільнення кераміки YAG (Si4+,Mg2+). Формування електрично-нейтральних комплексів 〖Mg〗_(Al(octa))^'+〖Si〗_(Al(tetra))^∙ у сусідніх вузлах кристалічної гратки за рівної концентрації іонів Si4+, Mg2+ призводить до суттєвого зменшення коєфіцієнту дифузії, гальмує процеси ущільнення та супроводжується захопленням пор в об'єм зерен. Визначено оптимальний склад комплексної домішки Si4++Mg2+, що мінімізує концентрацію оптично-активних дефектів у структурі YAG, і одночасно підвищує протидифузію складових іонів під час консолідації. Показано, що використання комплексної домішки MgО+SiO2 оптимізованого складу забезпечує зниження оптичних втрат кераміки YAG:Sm3+ у три рази у порівнянні із традиційною домішкою SiО2 та дозволяє отримувати кераміку на рівні монокристалічних аналогів.

popup.nrat_date

2024-01-22