1. 釔鋁石榴石（YAG）的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)

釔鋁石榴石（Y3Al5O12）是人造化合物，沒有天然礦物，無色，莫氏硬度可達(dá)到8.5，熔點(diǎn)為1950℃，不溶于硫酸、鹽酸、硝酸氫氟酸等。YAG晶體具有良好的透明度、物理化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，不溶于水，不易誒強(qiáng)酸強(qiáng)堿腐蝕，機(jī)械強(qiáng)度高，具有良好的抗熱蠕變性且各向同性，是一種應(yīng)用廣泛、性能理想的激光晶體材料。

釔鋁石榴石晶體單胞的1/8結(jié)構(gòu)模型

釔鋁石榴石屬于立方晶系，空間群是Oh10-Ia3d，點(diǎn)群是m3m，晶格常數(shù)是12.002?，其每個(gè)晶胞內(nèi)都包含8個(gè)Y3Al5O12分子，合計(jì)共有96個(gè)O2-離子，40個(gè)Al3+離子以及24個(gè)Y3+離子。

2.YAG粉體的制備

YAG粉體的常用制備方法主要包括高溫固相法、共沉淀法、水熱法、溶膠凝膠法、噴霧熱解法、溶劑熱法等。

（a）高溫固相法

高溫固相法是制備YAG粉體的傳統(tǒng)方法，按照氧化釔和氧化鋁的二元相圖中得到的比例混合兩種粉體在高溫下焙燒，通過氧化物之間的固相反應(yīng)形成YAG粉體。在高溫條件下，氧化鋁和氧化釔的反應(yīng)中，會(huì)先生成中間相YAM和YAP，最終形成YAG。反應(yīng)過程如下：

固相反應(yīng)法不使用溶劑、工藝也較為簡單、效率高成本低，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，但反應(yīng)溫度高、中間產(chǎn)物不易剔除。

（b）機(jī)械化學(xué)法

機(jī)械化學(xué)法屬于固相反應(yīng)法，本質(zhì)是利用外加機(jī)械作用力處理在常溫下不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的粉體，把體系機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榉垠w顆粒化學(xué)能，使粉體粒子間具有足夠能量而化學(xué)反應(yīng)。就是利用高能機(jī)械磨的高能球磨力，顆粒在高頻和小振幅振動(dòng)中，發(fā)生連續(xù)的嚴(yán)重塑性形變，粉體內(nèi)部組織可不斷細(xì)化達(dá)到納米尺寸而發(fā)生反應(yīng)。

機(jī)械化學(xué)法工藝簡單、效率高，能制備出用常規(guī)方法難以獲得金屬陶瓷等納米粉體。此法反應(yīng)過程易控制、可批量生產(chǎn)、處理時(shí)間短，但是容易造成粉體粒子內(nèi)部晶型破壞，在制備過程中易引入雜質(zhì)，粉末純度不高。

（c）共沉淀法

現(xiàn)階段在YAG合成中應(yīng)用較多的合成方法是共沉淀法。

共沉淀法，即把沉淀劑加入混合金屬鹽溶液中(稱為正滴)，或?qū)⒒旌暇鶆蚪饘冫}溶液滴入沉淀劑中(稱為反滴，制備釔鋁石榴石粉體多采用反滴)，使各組分均勻同步沉淀，然后加熱分解以獲得納米粉體。

共沉淀法包括常規(guī)共沉淀法和均相沉淀法。

常規(guī)共沉淀法即把沉淀劑加入混合金屬鹽溶液中，促使各組分均勻混合沉淀，然后加熱分解以獲得納米粉體。通過選擇合適沉淀劑及表面活性劑，能夠?qū)崿F(xiàn)對粉體形貌分散性等性能的控制。

均相沉淀法是利用某一化學(xué)反應(yīng)使反應(yīng)溶液中的離子在溶液中均勻緩慢釋放出來。此種方法克服了由外部向反應(yīng)溶液中直接加入沉淀劑時(shí)造成沉淀劑的局部不均勻，通過控制反應(yīng)溶液中沉淀劑濃度和反應(yīng)溫度等，可以使沉淀過程總是處于某種平衡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物的均勻析出。例如：

沉淀法具有成本較低、產(chǎn)量易于精確控制、設(shè)備簡單、可大量制備等優(yōu)點(diǎn)，但制備粉體的周期過長，反應(yīng)不易控制。

3. YAG的應(yīng)用

（a）激光基質(zhì)材料

上世紀(jì)60年代，單晶紅寶石激光器的出現(xiàn)促進(jìn)了激光技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出大量新型激光晶體，而Nd:YAG單晶因其高增益、低閾值及其優(yōu)良的光學(xué)性能和良好的機(jī)械特性而成為目前人們常用固體激光晶體材料之一。

（b）熒光材料

YAG中Al-O鍵尺寸小，鍵能高，這種高鍵能恰好可以匹配熒光材料較高的真空能，即在較高的電子撞擊下，保持其光學(xué)性能穩(wěn)定。，把稀土元素引入可使熒光粉的發(fā)光性能有明顯的改善，而YAG通過摻雜Ce3+、Eu3+等三價(jià)稀土離子即可成為熒光粉，這些研究和應(yīng)用是從20世紀(jì)70年代開始的。

（c）高溫結(jié)構(gòu)材料

YAG具有優(yōu)異的高溫抗蠕變性能，抗氧化，熱導(dǎo)率高，熱穩(wěn)定性好。有研究表明，在1700℃和100MPa的應(yīng)力下，YAG的蠕變速率2.5×10-9/s，是類似條件下單晶Al2O3蠕變速率的1/10。所以YAG被廣泛用于制作高溫復(fù)合材料，是一種很有潛力的精細(xì)結(jié)構(gòu)陶瓷材料，具有重要的應(yīng)用前景。

作者：劉洋