ВЛИЯНИЕ СУЛЬФАТА АММОНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОПОРОШКОВ И ОПТИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ YAG:Yb

Никова М.С., Кравцов А.А., Чикулина И.С., Малявин Ф.Ф., Тарала В.А., Вакалов Д.С., Кулешов Д.С., Тарала Л.В., Евтушенко Е.А., Лапин В.А. Влияние сульфата аммония на характеристики нанопорошков и оптической керамики YAG:Yb // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 3. С. 443–450. doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-3-443-450

Предмет исследования. Исследовано влияние концентрации сульфата аммония на содержание примесей, морфологию и степень агломерации порошков оксигидратов и керамических порошков. Метод. Синтез порошков-прекурсоров осуществляли методом обратного гетерофазного осаждения из хлоридов. Для анализа динамики изменения концентрации примесей хлора и серы в порошках оксигидратов и керамических порошках применяли метод энергодисперсионного анализа элементного состава. Морфологию экспериментальных образцов оценивали по данным растровой электронной микроскопии. Установление зависимости степени агломерации керамических порошков от концентрации сульфата аммония осуществляли с применением методов рентгенофазового анализа и газовой адсорбции Брунауэра, Эммета и Теллера. Основные результаты. Обнаружено, что применение сульфата аммония позволяет не только снизить степень агломерации керамических порошков на два порядка, но также уменьшает концентрацию примеси хлора с 0,2 до менее 0,01 ат. %. Кроме того, выявлена возможность управления величиной удельной площади поверхности в диапазоне 1,5–15 м²/г путем изменения концентрации сульфата аммония. Практическая значимость. С применением усовершенствованной методики синтеза керамических порошков получены образцы оптической керамики со светопропусканием в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне более 70 % без учета полос поглощения иттербия.

1. Hostasa J., Esposito L., Malchere A., Epicier T., Pirri A., Vannini M., Toci G., Cavalli E., Yoshikawa A., Guzik M., Alombert-Goget G., Guyot Y., Boulon G. Polycrystalline Yb3+-Er3+-co-doped YAG: Fabrication, TEM-EDX characterization, spectroscopic properties, and comparison with the single crystal // Journal of Materials Research. 2014. V. 29. N 19. P. 2288–2296. doi: 10.1557/jmr.2014.206
2. Sanghera J., Kim W., Villalobos G., Shaw B., Baker C., Frantz J., Sadowski B., Aggarwal I. Ceramic laser materials // Materials. 2012. V. 5. N 12. P. 258–277. doi: 10.3390/ma5020258
3. Tang F., Lin Y., Wang W., Yuan X., Chen J., Huang J., Ma C., Dai Z., Guo W., Cao Y. High efficient Nd:YAG laser ceramics fabricated by dry pressing and tape casting // Journal of Alloys and Compounds. 2014. V. 617. P. 845–849. doi: 10.1016/j.jallcom.2014.08.083
4. Zhang W., Lu T.C., Wei N., Shi Y.L., Ma B.Y., Luo H., Zhang Z.B., Deng J., Guan Z.G., Zhang H.R., Li C.N., Niu R.H. Co-precipitation synthesis and vacuum sintering of Nd:YAG powders for transparent ceramics // Materials Research Bulletin. 2015. V. 70. P. 365–372. doi: 10.1016/j.materresbull.2015.04.063
5. Kravtsov A.A., Chikulina I.S., Tarala V.A., Evtushenko E.A., Shama M.S., Tarala L.V., Malyavin F.F., Vakalov D.S., Lapin V.A., Kuleshov D.S. Novel synthesis of low-agglomerated YAG:Yb ceramic nanopowders by two-stage precipitation with the use of hexamine // Ceramics International. 2019. V. 45. N 1. P. 1273–1282 doi: 10.1016/j.ceramint.2018.10.010
6. Li J., Li J., Chen Q., Wu W., Xiao D., Zhu J. Effect of ammonium sulfate on the monodispersed Y3Al5O12 nanopowders synthesized by co-precipitant method // Powder Technology. 2012. V. 218. P. 46–50. doi: 10.1016/j.powtec.2011.11.033
7. Tomaszewski H., Wajler A., Weglarz H., Sidorowicz A., Brykała U., Jach K. Effect of ammonium sulfate on morphology of Y2O3 nanopowders obtained by precipitation and its impact on the transparency of YAG ceramics // Advances in Science and Technology. 2014. V. 87. P. 67–72. doi: 10.4028/www.scientific.net/AST.87.67
8. Ji C., Ji L., Lian L., Shen L., Zhang X., Wang Y., Gupta A. Low- temperature solution synthesis and characterization of Ce-doped YAG nanoparticles // Journal of Rare Earths. 2015. V. 33. N 6. P. 591–598. doi: 10.1016/S1002-0721(14)60458-0
9. Li S., Liu B., Li J., Zhu X., Liu W., Pan Y., Guo J. Synthesis of yttria nano-powders by the precipitation method: The influence of ammonium hydrogen carbonate to metal ions molar ratio and ammonium sulfate addition // Journal of Alloys and Compounds. 2016. V. 678. P. 258–266. doi: 10.1016/j.jallcom.2016.03.072
10. Zhou T., Zhang L., Li Z., Wei S., Wu J., Wang L., Yang H., Fu Z., Chen H., Tang D., Wong C., Zhang Q. Toward vacuum sintering of YAG transparent ceramic using divalent dopant as sintering aids: Investigation of microstructural evolution and optical property // Ceramics International. 2017. V. 43. N 3. P. 3140–3146. doi: 10.1016/j.ceramint.2016.11.131
11. Malyavin F.F., Tarala V.A., Kuznetsov S.V., Kravtsov A.A., Chikulina I.S., Shama M.S., Medyanik E.V., Ziryanov V.S., Evtushenko E.A., Vakalov D.S., Lapin V.A., Kuleshov D.S., Tarala L.V., Mitrofanenko L.M. Influence of the ceramic powder morphology and forming conditions on the optical transmittance of YAG:Yb ceramics // Ceramics International. 2019. V. 45. N 15. P. 4418–4423. doi: 10.1016/j.ceramint.2018.11.119
12. Liu Y., Qin X., Xin H., Song C. Synthesis of nanostructured Nd:Y2O3 powders by carbonate-precipitation process for Nd:YAG ceramics // Journal of European Ceramic Society. 2013. V. 33. N 13–14. P. 2625–2631. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2013.04.029
13. Tewari A., Nabiei F., Cantoni M., Bowen P., Hebert C. Segregation of anion (Cl–) impurities at transparent polycrystalline α-alumina interfaces // Journal of European Ceramic Society. 2014. V. 34. N 12. P. 3037–3045. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2014.04.018
14. Цвет М.С. Хроматографический адсорбционный анализ. М.: Л.: Изд-во АН СССР, 1946. 272 с.
15. Lv Y., Zhang W., Liu H., Sang Y., Qin H., Tan J., Tong L. Syn- thesis of nano-sized and highly sinterable Nd:YAG powders by the urea homogeneous precipitation method // Powder Technology. 2012. V. 217. P. 140–147. doi:10.1016/j.powtec.2011.10.020
16. Журба Е.В., Лемешев Д.О., Попова Н.А. Прекурсор алюмо- магнезиальной шпинели, полученной методом обратного гетерофазного соосаждения для прозрачной керамики // Успехи в химии и химической технологии. 2016. Т. 30. № 7. C. 39–40.
17. Ivanov M.G., Kopylov Y.L., Kravchenko V.B., Lopukhin K.V., Shemet V.V. YAG and Y2O3 laser ceramics from nonagglomerated nanopowders // Inorganic Materials. 2014. V. 50. N 9. P. 951–959. doi: 10.1134/S0020168514090040
18. Osipov V.V., Shitov V.A., Lukyashin K.E., Maksimov R.N., Ishchenko A.V., Platonov V.V. Ce:YAG transparent ceramics based on nanopowders produced by laser ablation method:
Fabrication, optical and scintillation properties // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2017. V. 8. N 3. P. 351–359. doi: 10.17586/2220-8054-2017-8-3-351-359
19. Yang H., Zhang L., Luo D., Qiao X., Zhang J., Zhao T., Tang D., Optical properties of Ho:YAG and Ho:LuAG polycrystalline transparent ceramics // Optical Materials Express. 2015. V. 5. N 1. P. 711–714. doi: 10.1364/OME.5.000142
 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License