新型BCZT基无铅透明陶瓷的放电等离子烧结与电光性能研究

Due to its special nature of high electro-optic properties, high RE doping, good luminescence properties, low cost, strong physical properties, Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3,(BCZT) transparent ceramics with a ABO3 structure attracted increasing attention of scientific research at home and abroad. Advanced solid-state laser devices might be used as a class of critical functional materials in the future. Our proposal will explore the functional material of BCZT-based Q-switch and laser gain materials for a compact, multi-function, solid-state laser applications. We will carry out a series of studies on the material preparation and functional: 1, control of the components, structural and grain size of electro-optical ceramics; 2, design a special content and variety of RE doping to fabricate transparent ceramics with controlled phase structure and excellent optical property; 3, develop a resonant cavity technique to prepare laser devices on semiconductor-pumping to study the spectroscopic, electro-optical, thermal and mechanical properties of lead-free BCZT transparent ceramics in order to obtain a new type of high-performance self-Q-switch solid-state laser devices.

透明电光陶瓷由于电光系数高、掺杂离子浓度高、发光性能好、生产成本低、易于工业化生产等特殊性质，日益引起科学家们的重视，是目前国内外科学研究的热点之一，也被认为是未来全固态激光器中可能使用的一类新型激光介质材料。本课题旨在开拓BCZT基透明电光陶瓷材料在光学增益、电光调Q激光器件的应用。我们将进行材料的制备和功能化的系列研究，包括：1，透明电光陶瓷的微观结构调控及其成分、结构表征；2，通过对掺杂元素和掺杂含量的设计进行透明电光陶瓷相结构和光学性能研究；3，选择半导体泵浦光源，搭建光学谐振腔，制备小型固体激光器件。研究掺杂透明BCZT电光陶瓷的荧光性能、电光系数及力学、热学性能，以期获得具有光增益和电光调Q双功能的新型自调Q全固态激光器件。

透明电光陶瓷由于电光系数高、掺杂离子浓度高、发光性能好、生产成本低、易于工业化生产等特殊性质，日益引起科学家们的重视，是目前国内外科学研究的热点之一，也被认为是未来全固态激光器中可能使用的一类新型激光介质材料。本课题旨在开拓BCZT基透明电光陶瓷材料在光学增益、电光调Q激光器件的应用。我们将进行材料的制备和功能化的系列研究，包括：1，透明电光陶瓷的微观结构调控及其成分、结构表征；2，通过对掺杂元素和掺杂含量的设计进行透明电光陶瓷相结构和光学性能研究；3，研究掺杂透明BCZT电光陶瓷的荧光性能、电光系数及力学、热学性能，以期开发一种电光性能优异、工艺简单、可靠性好的高性能激光介质材料。本研究利用常压水热辅助固相法制备出高四方性超细的BaTiO3粉体，通过改变Ba源、Ti源及Ba/Ti比例，进一步降低制备成本和煅烧温度，同时深入探索常压水热辅助固相法的反应机理，并相应指导工艺参数的优化；之后利用改进的砂磨工艺结合两步回转固相法，进一步通过Ca/Zr对BaTiO3基体材料进行A /B位掺杂，实现了BCZT超细粉体的可控合成；对于BCZT粉体宏量制备方面，我们发现使用更小尺寸的锆珠可以显著降低反应温度、抑制第二相的形成及获得更精细的BCZT粉体；实际上，这一工艺可以利用先进的砂磨粉碎设备，以砂磨的方式提高原料的活性。利用SPS工艺实现了高透光率BCZT无铅透明陶瓷的制备，HRTEM分析发现经过退火处理的BCZT陶瓷晶界无第二相，FESEM表明BCZT透明陶瓷晶粒分布均匀，晶粒尺寸~3 μm，晶粒间或三晶界处无气孔，晶粒内部充实饱满；并对不同粒径原料粉体制备的BCZT透明陶瓷的微观形貌、烧结特性、光学特性、介电性能、铁电性能、高温阻抗谱进行了系统研究；之后研究了掺杂BCZT基透明陶瓷的光谱特性；最后对BCZT基透明陶瓷可靠性进行了研究，以实现BCZT基透明陶瓷的实际应用。