Цель данной работы – изучение влияния скандия в додекаэдрической и октаэдрической позициях кристаллической решетки граната на особенности вакуумного спекания оптической керамики Y3-хScxAl2-yScyAl3O12:Cr, а также на ее оптические и люминесцентные свойства. В рамках исследования впервые была изготовлена оптическая люминесцентная керамика YSAG:Cr из керамических порошков метастабильных составов с высоким содержанием скандия в додекаэдрической позиции. Рассмотренные составы описывались общей формулой Y3-хScxAl2-yScyAl3O12, где 0,12 ? x ? 1,50 и 0,08 ? y ? 1,00 ф. ед. с общим содержанием скандия от 0,12 до 1,70 ф. ед. Были проведены следующие исследования керамических образцов YSAG:Cr: рентгеновская дифрактометрия, измерение кинетики усадки керамических компактов методом дилатометрии, изучение морфологии и элементного состава поверхности керамики методом сканирующей электронной микроскопии. Измерены спектры светопропускания и люминесценции. Показано, что керамика, изготовленная из составов с преимущественным содержанием скандия в додекаэдрической позиции, достигает максимальной плотности при меньших температурах по сравнению с составами, содержащими большее количество скандия в октаэдрических позициях. Обнаружено, что с повышением температуры спекания керамики YSAG:Cr составы с высоким содержанием скандия в додекаэдрической позиции становятся нестабильными.
Вячеслав Анатольевич Лапин – канд. техн. наук, старший научный сотрудник сектора физико-химических методов исследования и анализа научно-исследовательской лаборатории технологии перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Виктория Евгеньевна Супрунчук – канд. хим. наук, старший научный сотрудник сектора синтеза нанопорошков научно-исследовательской лаборатории перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Виталий Алексеевич Тарала – канд. хим. наук, заведующий научно-исследовательской лабораторией технологии перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Дмитрий Сергеевич Вакалов – канд. физ.-мат. наук, заведующий сектором физико-химических методов исследования и анализа научно-исследовательской лаборатории технологии перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Александр Александрович Кравцов – канд. техн. наук, заведующий сектором синтеза нанопорошков научно-исследовательской лаборатории перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Федор Федорович Малявин – заведующий сектором спекания керамики научно-исследовательской лаборатории технологии перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Людмила Викторовна Тарала – научный сотрудник сектора синтеза нанопорошков научно-исследовательской лаборатории перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Евгений Викторович Медяник – научный сотрудник сектора спекания керамики научно-исследовательской лаборатории технологии перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Лев Васильевич Кожитов – д-р техн. наук, профессор кафедры технологии материалов электроники, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
1. Akinribide O. J., Mekgwe G. N., Akinwamide S. O., et al. A review on optical properties and application of transparent ceramics // J. Mater. Res. Technol. Elsevier. 2022. V. 21. P. 712 – 738.
2. Ueda K.-I. The physical properties of composite YAG ceramics mode-locked vector beam view project thermal-lens-free heat capacitive active mirror lasers available for CW and high repetition rate pumping scheme view project // Laser Physics. 2005. V. 15, No. 9. P. 1338 – 1344.
3. Chen X., Hu Z., Liu X., et al. Electronic band modification for faster and brighter Ce, Mg:Lu3-xYxAl5O12 ceramic scintillators // J. Lumin. North-Holland. 2019. V. 214. P. 116545.
4. Zhu Q. Q., Li S., Zhang H., et al. Transparent YAG:Ce ceramic with designed low light scattering for high-power blue LED and LD applications // J. Eur. Ceram. Soc. Elsevier. 2021. V. 41, No. 1. P. 735 – 740.
5. Liu Y., Hu S., Zhang Y., et al. Crystal structure evolution and luminescence property of Ce3+-doped Y2O3-Al2O3-Sc2O3 ternary ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 40, No. 3. P. 840 – 846.
6. Chen X., Liu A., Feng Y., et al. Microstructure evolution in two-step-sintering process toward transparent Ce:(Y,Gd)3(Ga,Al)5O12 scintillation ceramics // J. Alloys Compd. Elsevier. 2020. V. 846. P. 156377.
7. Costa A. L., Esposito L., Medri V., et al. Synthe-sis of Nd-YAG material by citrate-nitrate sol-gel combustion route // Adv. Eng. Mater. 2007. V. 9, No. 4. P. 307 – 312.
8. Li X. Y., Liu Q., Jiang N., et al. Influence of ammonium hydrogen carbonate to metal ions molar ratio on co-precipitated nanopowders for TGG transparent ceramics // Wuji Cailiao Xuebao/Journal Inorg. Mater. 2019. V. 34, No. 7. P. 791 – 796.
9. Malyavin F. F., Tarala V., Kuznetsov S., et al. Influence of the ceramic powder morphology and forming conditions on the optical transmittance of YAG:Yb ceramics // Ceram. Int. 2019. V. 45, No. 4. P. 4418 – 4423.
10. Li-na S., Mu-sen Z., Jun T., et al. Preparation of co-doped Ce, Pr?GAGG powder by chemical co-precipitation method and luminescence properties // Chinese J. Lumin. 2019. V. 40, No. 2. P. 137 – 142.
11. Rhine W. E., Bowen H. K. An overview of chemical and physical routes to advanced ceramic powders // Ceram. Int. Elsevier. 1991. V. 17, No. 3. P. 143 – 152.
12. Nikova M. S., Tarala V., Chikulina I., et al. Stable garnets in the Er2O3–Sc2O3–Al2O3 oxide system for optical ceramics application // Ceram. Int. 2022. V. 48, No. 24. P. 36739 – 36747.
13. Tarala V. A., Nikova M. S., Kuznetsov S. V., et al. Synthesis of YSAG:Er ceramics and the study of the scandium impact in the dodecahedral and octahedral garnet sites on the Er3+ energy structure // J. Lumin. 2022. V. 241. P. 118539.
14. Nikova M. S., Tarala V. A., Vakalov D., et al. Temperature-related changes in the structure of YSAG:Yb garnet solid solutions with high Sc concentration // J. Eur. Ceram. Soc. 2019. V. 39, No. 15. P. 4946 – 4956.
15. Feng T., Jiang D. Y., Shi J. L. Fabrication and optical properties of Cr3+:YSAG transparent ceramics // Key Eng. Mater. 2010. V. 434–435. P. 664 – 667.
16. Tarala V. A., Nikova M. S., Chikulina I., et al. Estimation of Sc3+ solubility in dodecahedral and octahedral sites in YSAG:Yb // J. Am. Ceram. Soc. 2019. V. 102, No. 8. P. 4862 – 4873.
17. Mamedov R. I., Lukin E. S. Phase composition and properties of ceramics in the Y2O3–Sc2O3 system // Glas. Ceram. 1979. V. 36, No. 12. P. 689 – 691.
18. Lukin E. S. Modern high-density oxide-based ceramics with a controlled microstructure. Part V. Chemical-resistant high-density yttrium-, scandium-, and alumina-based ceramics // Refract. Ind. Ceram. 1997. V. 38, No. 2. P. 47 – 51.
19. Nikova M. S., Tarala V. A., Malyavin F. F., et al. The scandium impact on the sintering of YSAG:Yb ceramics with high optical transmittance // Ceram. Int. 2021. V. 47, No. 2. P. 1772 – 1784.
20. Chaika M. A., Tomala R., Strek W., et al. Kinetics of Cr 3+ to Cr 4+ ion valence transformations and intralattice cation exchange of Cr 4+ in Cr, Ca:YAG ceramics used as laser gain and passive Q-switching media // J. Chem. Phys. 2019. V. 151, No. 13. P. 134708.
21. Feldman R., Shimony Y., Burshtein Z. Dynamics of chromium ion valence transformations in Cr, Ca:YAG crystals used as laser gain and passive Q-switching media // Opt. Mater. (Amst). 2003. V. 24, No. 1–2. P. 333 – 344.
22. Yagi H., Ueda K., Yanagitani T., et al. Influence of annealing conditions on the optical properties of chromium-doped ceramic Y3Al5O12 // Opt. Mater. (Amst). 2006. V. 29, No. 4. P. 392 – 396.
23. Chaika M., Paszkowicz W., Strek W. S., et al. Influence of Cr doping on the phase composition of Cr, Ca:YAG ceramics by solid state reaction sintering // J. Am. Ceram. Soc. 2019. V. 102, No. 4. P. 2104 – 2115.
24. Elzbieciak K., Bednarkiewicz A., Marciniak L. Temperature sensitivity modulation through crystal field engineering in Ga3+ co-doped Gd3Al5–xGaxO12:Cr3+, Nd3+ nanothermometers // Sensors Actuators B Chem. 2018. V. 269. P. 96 – 102.
25. Vink A. P., Meijerink A. Electron-phonon coupling of Cr3+ in YAG and YGG // J. Lumin. 2000. V. 87. P. 601 – 604.
26. Meijerink A., Sytsma J., Blasse G., et al. Electron-phonon coupling in rare earth compounds // Acta Phys. Pol. A. 1996. V. 90, No. 1. P. 109 – 119.
Статью можно приобрести
в электронном виде!
PDF формат
500
DOI: 10.14489/glc.2023.11.pp.015-025
Тип статьи:
Научная статья
Оформить заявку
