СИНТЕЗ СЛАБОАГЛОМЕРИРОВАННЫХ НАНОПОРОШКОВ YAG:Yb ДЛЯ ПРОЗРАЧНОЙ КЕРАМИКИ МЕТОДОМ ОБРАТНОГО СООСАЖДЕНИЯ ИЗ ХЛОРИДОВ

Предмет исследования. Исследовано влияние сульфата аммония, введенного на различных стадиях получения керамических порошков на содержание примесей, морфологию и степень агломерации порошков оксигидратов и керамических порошков. Метод. Синтез порошков-прекурсоров осуществлялся методом обратного гетерофазного осаждения из хлоридов способом распыления. Синхронный термический анализ порошков оксигидратов проводился методами дифференциально-сканирующей калориметрии и термогравиметрии. Содержание примесей хлора и серы в порошках оксигидратов и керамических порошках определялось методом энергодисперсионного анализа элементного состава. Морфология экспериментальных образцов оценивалась по данным растровой электронной микроскопии. Определение величины степени агломерации керамических порошков выполнено с применением методов рентгенофазового анализа и газовой адсорбции Брунауэра, Эммета и Теллера. Основные результаты. Показан положительный эффект применения сульфата аммония сразу на нескольких стадиях получения керамического порошка: химическое соосаждение, отмывка, дезагрегация. С применением усовершенствованной методики синтеза получены малоагломерированные (степень агломерации менее 10) нанопорошки с удельной площадью поверхностью 12,4 м²/г. Практическая значимость. Получены образцы оптической керамики со светопропусканием в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне более 80 % без учета полос поглощения иттербия.

1. 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
2. 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
3. Matsushita N., Tsuchiya N., Nakatsuka K., Yanagitani T. Precipitation and calcinations process for yttrium aluminium garnet precursors synthesized by the urea method // Journal of the American Ceramic Society. 1999. V. 82. N 8. P. 1977–1984. doi:10.1111/j.1151-2916.1999.tb02029.x
4. 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
5. Zhang L., Li Z., Zhen F., Wang L., Zhang Q., Sun R., Selim F.A., Wong C., Chen H. High sinterability nano-Y₂O₃powders prepared via decomposition of hydroxyl-carbonate precursors for transparent ceramics // Journal of Materials Science. 2017. V. 52. N 14. P. 8556–8567. doi:10.1007/s10853-017-1071-0
6. Li J., Sun X., Liu S., Li X., Li J.G., Huo D. A homogeneous co-precipitation method to synthesize highly sinterability YAG powders for transparent ceramics // Ceramics International. 2015. V. 41. N 2. P. 3283–3287. doi:10.1016/j.ceramint.2014.10.076
7. 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
8. Li J., Liu W., Jiang B., Zhou J., Zhang W., Wang L., Shen Y., Pan Y., Guo J. Synthesis of nanocrystalline yttria powder and fabrication of Cr,Nd:YAG transparent ceramics // Journal of Alloys and Compounds. 2012. V. 515. P. 49–56. doi:10.1016/j.jallcom.2011.10.083
9. Qin H., Liu H., Sang Y., Lv Y., Zhang X., Zhang Y., Ohachi T., Wang J. Ammonium sulfate regulation of morphology of Nd:Y₂O₃ precursor via urea precipitation method and its effect on the sintering properties of Nd:Y₂O₃ nanopowders // CrystEngComm. 2012. V. 14. N 5. P. 1783–1789. doi:10.1039/c1ce06230a
10. Вовк Е.А., Дейнека Т.Г., Дорошенко А.Г., Ткаченко В.Ф., Толмачев А.В., Явецкий Р.П., Петруша И.А., Ткач В.Н., Туркевич В.З., Даниленко Н.И. Получение прозрачной наноструктурированной керамики Y₃Al₅O₁₂ // Сверхтвердые материалы. 2009. №4. C.55–64.
11. Tewari A., Nabiei F., Cantoni M., Bowen P., Hebert C. Segregation of anion(Cl-) impurities at transparent polycrystalline α-alumina interfaces // Journal of the European Ceramic Society. 2014. V. 34. N 12. P. 3037–3045. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2014.04.018
12. MalyavinF.F., TaralaV.A., KuznetsovS.V., KravtsovA.A., ChikulinaI.S., ShamaM.S., MedyanikE.V., ZiryanovV.S., EvtushenkoE.A., VakalovD.S., LapinV.A., KuleshovD.S., TaralaL.V., MitrofanenkoL.M. Influence of the ceramic powder morphology and forming conditions on the optical transmittance of YAG:Yb ceramics // Ceramics International.2019. V. 45. N 14. P. 4418–4423. doi:10.1016/j.ceramint.2018.11.119
13. Летов А.В., Попова Н.А., Лукин Е.С. Влияние концентрации оксида скандия и температуры синтеза на получение твердого раствора в системе Al₂O₃ – Sc₂O₃// Успехи в химии и химической технологии. 2016. TXXX. N7. C. 61–62.
14. Лукин Е.С., Макаров Н.А., Попова Н.А., Лемешев Д.О.Прозрачный керамический материал и способ его получения.Патент RU 2473514 C2, 2013.
15. Liu Y., Qin X., Xin H., Song C. Synthesis of nanostructured Nd:Y₂O₃ powders by carbonate-precipitation process for Nd:YAG ceramics // Journal of the European Ceramic Society. 2013. V. 33. N 13-14. P. 2625–2631. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2013.04.029
16. Цвет М.С. Хроматографический адсорбционный анализ. М.; Л.: Изд-во АН СССР,1946.272 с.
17. 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
18. Tarala V.A., Shama M.S., Chikulina I.S., Kouznetsov S.V., Malyavin F.F., Vakalov D.S., Kravtsov A.A., Pankov M.A., Estimation of Sc³⁺solubility in dodecahedral and octahedral sites in YSAG:Yb // Journal of the American Ceramic Society. 2019. V. 102. N 8. P. 4862–4873. doi: 10.1111/jace.16294

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