Er3+:CaF2多晶透明陶瓷的制备与性能研究

CaF2是目前已知综合性能最优异的光学材料之一，与氧化物晶体相比具有众多的优异性能，过去的工作主要集中在单晶方面。本项目拟采用等离子放电快速烧结技术制备CaF2多晶透明陶瓷。确定研究体系为Er3+：CaF2，基于的考虑是Er3+掺杂的激光材料在处入人眼安全范围的1.5μm 和2.7-3μm两个波段均具有发光通道，该波段的激光可以非常广泛地应用于光通信、医疗、激光探测等领域。系统研究高性能Er3+:CaF2纳米粉末合成方法及其粉末特性对相应透明陶瓷性能的影响；系统研究放电等离子参数与热处理工艺参数对透明陶瓷的密实度及微观结构的影响及相互关联，得到等离子放电状态下Er3+:CaF2透明陶瓷快速密实化过程和微观结构形成过程的规律性认识；研究Er3+的掺杂行为及Er3+:CaF2透明陶瓷的光学性能。为探索透明陶瓷的快速制备技术及发展新一类非氧化物CaF2体系多晶激光透明陶瓷提供理论依据和实验依据。

氟化钙是目前已知综合性能最优异的光学材料之一，与氧化物相比具有众多的优异性能，过去的工作主要集中在单晶方面。本研究采用微乳液法和共沉淀法制备了Er3+：CaF2纳米粉体，研究了各种反应条件对粉体结构、形貌、粒径的影响，获得了最佳的合成工艺，在此工艺条件下制备的CaF2纳米粉体平均尺寸为32nm，粉体分散性较好。采用放电等离子快速烧结技术和热压烧结制备了高质量的Er3+：CaF2透明陶瓷，研究不同的烧结温度、保温时间、压力等因素对陶瓷致密化过程和微观结构的影响，结果表明：800℃，保温60min，压力为30Mpa的条件下制备的样品在紫外-近红外波段的最大透光率为85.09%,非常接近氟化钙的理论透光率。在978nm LD泵浦下，样品实现了绿色(530-550nm)和红色(650-660nm)两种上转换发光，共掺Na+离子后减少了杂质CaO和Er2O3的含量，同时有效阻止了Er3+离子团簇，增加了荧光量子效率，提高了荧光寿命。上述结果为探索透明陶瓷的快速制备技术及发展新一类非氧化物体系多晶激光透明陶瓷提供理论依据和实验依据，具有重要的学术价值和实际意义。