CAC2025 广州(zhou)先进(jin)陶瓷论(lun)坛暨(ji)展览(lan)会
2025年5月26-28日 美丽豪酒店（广州番禺店）
激(ji)光（Laser），是一种自然界原本不存在的，因受激而发出的，具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性的光。它具有普通光完全不具备的四大特性：方向性好、亮度高、单色性好、相干性好，使其在各个技术领域中都有着大量的应用。
激光技术的一个重要发(fa)展(zhan)方向(xiang)是高平均(jun)功率(lv)、高峰值功率(lv)的固体激光器，而固体(ti)激光(guang)器的核心(xin)是固体激光(guang)工作物质(zhi)。目前常用的固体激光(guang)基(ji)质材料主(zhu)要(yao)有三种：玻璃、单(dan)晶和陶瓷，其(qi)中“陶瓷”更受高功率激光器的青睐。这是因为高功率会产生热梯度，而热梯度又会导致光束畸变或热双折射，从而影响激光束的质量，因此有着低热膨胀系数、低折射率的陶瓷材料是非常理想的激光工作物质。
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其实在过(guo)去，一(yi)些高性能、组分(fen)较复(fu)(fu)杂(za)的(de)陶(tao)瓷(ci)(ci)是(shi)无(wu)法(fa)在激光技(ji)(ji)术中得到(dao)应(ying)用的(de)，而且(qie)会因为稀土金(jin)属在陶(tao)瓷(ci)(ci)（特别是(shi)掺杂(za)陶(tao)瓷(ci)(ci)）中的(de)组成不同(tong)、和坩埚的(de)相互作用、相变和溶(rong)解性差等问题使(shi)其他应(ying)用都会受到(dao)影响。不过(guo)这些都是(shi)过(guo)去了，如(ru)今加工(gong)技(ji)(ji)术的(de)进(jin)步提供了多(duo)种可行的(de)透(tou)明陶(tao)瓷(ci)(ci)合(he)成方法(fa)，制(zhi)备的(de)陶(tao)瓷(ci)(ci)材(cai)料表面呈单晶状(zhuang)，原子水平(ping)上呈多(duo)晶，晶界干(gan)净、微薄，没(mei)有气孔，没(mei)有杂(za)质，陶(tao)瓷(ci)(ci)高度透(tou)明，非(fei)常适合(he)产(chan)生激光束。而且(qie)还可以(yi)掺杂(za)不同(tong)的(de)稀土元素，制(zhi)成各种复(fu)(fu)杂(za)的(de)形状(zhuang)，大大增加了其实用性。
综(zong)合(he)看来，目前激光(guang)陶瓷主要有如下的优(you)点：
①制备时间短，烧(shao)(shao)结装置无(wu)需(xu)贵金属材料，烧(shao)(shao)结无(wu)需(xu)在高(gao)纯保(bao)护(hu)性气(qi)氛下进行，制备成本低；
②可以制备(bei)大尺寸(cun)，形(xing)状复杂的材(cai)料；
③陶瓷中掺(chan)杂(za)粒子浓度(du)高，从整体上看掺(chan)杂(za)粒子的分布(bu)均匀；
④陶瓷烧结的(de)温(wen)度(du)比晶体(ti)的(de)熔点低许多，制备出的(de)陶瓷其组份偏离小；
⑤陶瓷(ci)能够做成多层(ceng)材(cai)料进行烧结，有可能发展出多功能陶瓷(ci)。
相比之下(xia)，玻璃(li)基质虽然(ran)能得到大(da)尺寸样品，但其热(re)导率太低，很(hen)难实现(xian)大(da)功(gong)率激光(guang)器；单(dan)晶(jing)的热(re)导率要比玻璃(li)高，但是单(dan)晶(jing)生(sheng)长(zhang)周期长(zhang)，成本昂贵，很(hen)难获得高品质、大(da)尺寸的晶(jing)体。
激光陶瓷(ci)的种(zhong)类都(dou)有哪些？
激光陶瓷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)备是在一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)温度和环(huan)境气氛下将纳米(mi)级的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粉体(ti)(ti)(ti)烧结，使(shi)粉体(ti)(ti)(ti)颗粒(li)凝(ning)结变(bian)(bian)成(cheng)晶(jing)粒(li)结合体(ti)(ti)(ti)，由多孔(kong)体(ti)(ti)(ti)变(bian)(bian)成(cheng)致密体(ti)(ti)(ti)。在陶瓷中(zhong)，激活(huo)离子随(sui)机(ji)分(fen)布在晶(jing)粒(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)内(nei)部与表面，没有(you)明显的(de)(de)(de)(de)(de)(de)偏聚(ju)现(xian)象，激活(huo)离子受到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)场作用、激活(huo)离子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)级结构(gou)、激活(huo)离子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)电子能(neng)级跃起等类似于晶(jing)体(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)况。有(you)鉴于此，对应于晶(jing)体(ti)(ti)(ti)分(fen)类，激光陶瓷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)类大致可以分(fen)为：氧化物陶(tao)瓷(ci)、氟(fu)化物陶(tao)瓷(ci)（包括Ⅱ-Ⅵ族化合物陶瓷）、金属酸化物陶瓷等三类(lei)。
美(mei)国(guo)Lawrence Livermore国家实验室的研究人员利用日本Konoshima化学公司生产的Nd:YA G透明激光陶瓷板条研制出高功率全固态热容激光器
氧(yang)化物陶瓷类(lei)似(si)于(yu)晶体(ti)，其硬度、脆性等机(ji)械性能好，热传导(dao)率高，化学性能稳定，适合于(yu)稀(xi)土离子（Ln3+）和过渡金(jin)属离子（TM3+、TM4+）掺杂，是非常重要(yao)的基质材料。晶粒(li)具有立方结构(gou)的氧化物(wu)陶瓷中，典(dian)型代表(biao)是人工石(shi)榴石(shi)和一些倍(bei)半(ban)氧化物(wu)。人工石(shi)榴石(shi)包括(kuo)钇铝石(shi)榴石(shi)（Y3Al5O12→YAG）、钇钪铝(lv)石榴石（Y3ScAl4O12→YSAG）和钆(ga)镓(jia)石榴石（Gd3Ga5O12→GGG）等，在前两种(zhong)基质中(zhong)已(yi)掺杂了Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+、Cr4+等离子(zi)，并(bing)实现了激光振荡，掺这些离子(zi)的YAG陶瓷目前也已获得了商业应用。立方结构的倍半氧化物陶瓷有Y2O3、Lu2O3、Sc2O3、YGdO3等，它们是一些难以进行单晶生长的高熔点激光陶瓷，在这些基(ji)质中已掺杂了Nd3+或Yb3+离子并(bing)实现了激(ji)光(guang)振荡，这些激(ji)光(guang)陶瓷在物理化学性能(neng)(neng)、激(ji)光(guang)性能(neng)(neng)等方面，有(you)表(biao)现优于(yu)YAG陶瓷的地方，在高功率激光和超短脉冲应用上有很大的潜力。
迄今已(yi)报道的氟化物激(ji)光陶(tao)瓷还(hai)只有掺(chan)镝的氟化钙（Dy2+:CaF2），激(ji)光波长(zhang)是2.36μm，它也是最早研究的激光陶瓷。Ⅱ-Ⅵ族化合物激光陶瓷目前也只有掺铬的硒化锌（Cr2+:ZnSe）被(bei)报道(dao)，它(ta)在中红外有(you)一个(ge)宽(kuan)的可(ke)调谐波段（2000～3100nm范围），未来在高分辨(bian)率光(guang)谱、医疗、激光(guang)雷达、光(guang)参量振荡器OPO中有(you)重要(yao)应用。对(dui)金属酸化物(wu)激光(guang)陶瓷的研究还没见报道(dao)。
但无论怎么说，科技(ji)一(yi)直在进步(bu)，相信随着激光(guang)陶(tao)瓷(ci)的研究范围的扩大与深(shen)入(ru)，一(yi)定会(hui)不断(duan)有比前人更好的激光(guang)陶(tao)瓷(ci)材(cai)料出世，最终使固体激光(guang)器(qi)得到更加广泛的应(ying)用(yong)。
资料来源：
激(ji)光陶瓷———固体激光工作物质探索的新热点，刘颂豪。
国(guo)内外透明激(ji)光陶瓷的研究现状，李先学，邱国(guo)彪，罗(luo)小铭，苏士杰，陈义祥。
透明(ming)激光陶瓷的发(fa)展现状及未来趋势(shi)分(fen)析，陈晶(jing)，杨付(fu)，高宪娥，周志鹏。
What are Ceramic Laser Materials and How Have they Developed，Liam Critchley.
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