Реєстраційний номер
0824U000561, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
28-02-2024
Статус
Наказ про видачу диплома
Назва роботи
Закономірності формування та структурно-фазовий стан високолегованої оптичної кераміки YAG:Sm3+
Здобувач
Тимошенко Арсеній Дмитрович,
Керівник Явецький Роман Павлович
Опонент Герасимов Ярослав Віталійович
Опонент Саввова Оксана Вікторівна
Рецензент Ніжанковський Сергій Вікторович
Рецензент Добротворська Марія Вікторівна
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Інститут монокристалів Національної академіі наук України
Опис
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.
Дата реєстрації
2024-01-22
Додано/оновлено в НРАТ
2024-01-22 / 2026-07-01
