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透明陶瓷的制備技術不斷成熟，其中部分透明陶瓷可用作激光放大介質，即透明激光陶瓷。透明激光陶瓷材料具有傳統玻璃和單晶激光材料無法比擬的材料性能和光學特性，稀土離子摻雜的釔鋁石榴石(YAG)多晶透明陶瓷是目前應用范圍最廣的固體激光材料之一。YAG是釔鋁石榴石（Y3Al5O12）的簡稱，屬于石榴石結構，立方晶系。

陶瓷的燒結過程是對粉末坯塊以低于熔點的高溫加熱下，發生晶粒生長和坯體致密化的過程。伴隨著燒結的進行，陶瓷內部顆粒互相黏結，晶粒逐漸長大，同時伴隨著晶界移動，出現大晶粒吞并小晶粒的現象，孔隙逐漸球化直至消失，孔隙的總數量也變少，坯體體積收縮，致密度增加，最終成為高密度高強度的陶瓷制品。 常用的透明陶瓷燒結方法有很多，按有無外力作用可以分為無壓燒結和壓力輔助 燒結，無壓燒結包括真空燒結、氣氛燒結等；壓力輔助燒結包括熱壓燒結（HP）、 熱等靜壓燒結（HIP）、放電等離子體燒結（SPS）等。下面具體描述下透明陶瓷主要應用的燒結方式的優缺點。

                                                         無壓燒結

 真空燒結是指在沒有機械壓力的條件下，在具有真空環境的連續式燒結爐內進行燒結的方法。

真空燒結可以為樣品提供保護環境，防止被氧化，在透明陶瓷的燒結中，主要是利用了真空氣氛的負壓環境。在真空負壓環境下，陶瓷坯體內部孔隙的氣體被抽離排出，氣孔在陶瓷內部環境未封閉的時候便已經開始有效溢出，從而使陶瓷燒結體達到更高的致密度。真空燒結是各類透明陶瓷制備中使用最為廣泛的燒結手段，可以通過簡單的真空負壓環境，達到非常高的燒結致密化程度， 不需要擔心有額外的污染源，如熱壓燒結中的碳污染。

真空燒結需要全金屬屏的燒結設備，以保證可以長時間保持高的真空度，而且還需要高的燒結溫度以及漫長的燒結周期，如制備 YAG:Ce 透明陶瓷時一般都需要以緩慢的速度升溫到 1800 ℃，并且 需要保溫足夠長的時間（12~48 h），由于爐體良好的氣密性以及保溫性能，其降溫時間也需要較長的時間，因此，真空燒結的周期時長可達到 4~6 天。

                                    YAG透明陶瓷真空鎢絲燒結爐（2000℃，6.67*10-4Pa)

                                              內部爐膛為全鎢金屬屏，潔凈度高，保溫效果好

氣氛燒結一般采用 O2 或者 H2 氣氛，主要是利用高濃度的 O2 或 H2 以氣 體壓強提供動力將陶瓷燒結體內部的氣孔內不易排出的氣體置換成燒結易排出的 O2 或 H2，以達到減少氣孔提高致密度的結構。這種燒結方式消除氣孔的能力一般 情況下不如真空燒結，但是氣氛燒結不需要提供超高的真空度，因此設備比較便宜。 在燒結樣品中含有易揮發的元素如鎵（Ga）時，選用 O2 氣氛燒結可以抑制 Ga 元 素的揮發。

                                            YAG透明陶瓷真空氣氛燒結爐（1700℃，133Pa)

                                                      壓力輔助燒結

 熱壓燒結（HP）是通過對陶瓷粉體或已成型的陶瓷坯體加熱燒結的同時， 施加一定的單軸機械壓力，使之加速燒結成高強度、高密度、低孔隙率的陶瓷燒結體。HP 燒結通過提供除燒結高溫的額外的單軸機械壓力，有利于氣孔逸出，還能促進顆粒間的重新排列，縮短了樣品燒結致密化過程，且可以大幅降低燒結反應溫度。燒結的樣品晶粒尺寸小、致密度高、強度高，燒結效率高，全部燒結時間僅需 8~10 h。普通熱壓爐內加熱體多為石墨材質，同時需要用到石墨模具，會導致樣品受到碳的污染，降低陶瓷的品質。因此在高溫下多采用特制的金屬材料作為發熱體及壓頭，如鎢、鉬、鉭等，相對傳統石墨熱壓爐，避免了碳污染的問題，使YAG透明陶瓷的透過率更高。在使用金屬鉬箔的情況下，透過率約比使用碳發熱體的樣品高50%。

        YAG透明陶瓷真空熱壓燒結爐（1300℃，發熱體為鉬箔，壓頭為TZM材質，真空度6.67*10-3Pa)

文章來源：激光照明用 Ce:YAG 熒光透明陶瓷的熱壓燒 結制備與性能研究  齊魯工業大學 龐慶樂

                  釔鋁石榴石(YAG)透明激光陶瓷的研究進展   張曉榮，范桂芬，湯艷琴，呂文中