近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員周圣明領(lǐng)銜的透明陶瓷課題組在鋱鋁石榴石基(TAG)磁光陶瓷研究方面取得新進(jìn)展，在國際上首次制備了ZrO₂做燒結(jié)助劑的高質(zhì)量鋱鋁石榴石磁光透明陶瓷，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。相關(guān)成果相繼發(fā)表在《材料快報(bào)》(Scripta Materialia)上。

大尺寸Zr:TAG磁光陶瓷樣品

鋱鋁石榴石基透明陶瓷因其優(yōu)異的磁光性能、高熱導(dǎo)率和高激光損傷閾值等優(yōu)勢，在高功率法拉第磁光隔離器中具有重要的應(yīng)用前景。但是，由于在透明陶瓷制備過程中，極易形成封閉氣孔、雜質(zhì)殘留和晶界相等散射源，從而導(dǎo)致高功率激光輻射下嚴(yán)重的熱吸收效應(yīng)，造成器件的隔離度大大降低甚至損壞器件或激光系統(tǒng)。對鋱鋁石榴石陶瓷光學(xué)質(zhì)量的提高和散射中心的消除是目前鋱鋁石榴石基磁光陶瓷研究的焦點(diǎn)。研究團(tuán)隊(duì)突破常規(guī)，通過引入ZrO₂作為燒結(jié)助劑，在優(yōu)化真空燒結(jié)中的升溫和保溫機(jī)制的基礎(chǔ)上，得到了具有極大尺寸晶粒（400um）和高光學(xué)透過率的Zr:TAG磁光陶瓷。

在該項(xiàng)研究中，針對ZrO₂在不同燒結(jié)階段對TAG晶粒生長和相成分變化的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究。發(fā)現(xiàn)ZrO₂一方面可以在低溫階段促進(jìn)陶瓷的致密化，有利于氣孔排除；另一方面，在高于1550℃的燒結(jié)后期晶粒生長顯著加快，并且通過X射線衍射(XRD)和X射線光電子能譜(XPS)發(fā)現(xiàn)ZrO₂出現(xiàn)在樣品表面并在拋光后被消除。研究表明ZrO₂作為燒結(jié)助劑可以在燒結(jié)前中期促進(jìn)燒結(jié)，在燒結(jié)末期被排出陶瓷體系，避免了在晶界中殘余而導(dǎo)致散射的增加，因此可以進(jìn)一步提高透明陶瓷的光學(xué)質(zhì)量。

參考來源：上海光學(xué)精密機(jī)械研究所

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