Wp yw domieszkowania Tm 2 O 3 na mikrostruktur i w a ciwo ci optyczne ceramiki Tm:YAG

Podobne dokumenty
Wytwarzanie przezroczystej ceramiki Y 2 O 3 metod spiekania pod ci nieniem

ZASTOSOWANIE LASERÓW W HOLOGRAFII

Sensory optyczne w motoryzacji

Ćwiczenie: "Ruch harmoniczny i fale"

Opracowanie technologii wytwarzania rdzeni łopatek turbin gazowych i turbosprężarek metodą wtrysku wysokociśnieniowego

Od redakcji. Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.

PRAWA ZACHOWANIA. Podstawowe terminy. Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc

Techniczne nauki М.М.Zheplinska, A.S.Bessarab Narodowy uniwersytet spożywczych technologii, Кijow STOSOWANIE PARY WODNEJ SKRAPLANIA KAWITACJI

Temat: Czy świetlówki energooszczędne są oszczędne i sprzyjają ochronie środowiska? Imię i nazwisko

WYZNACZANIE PRZYSPIESZENIA ZIEMSKIEGO ZA POMOCĄ WAHADŁA REWERSYJNEGO I MATEMATYCZNEGO

FOTOMETRYCZNE PRAWO ODLEGŁOŚCI (O9)

CERAMIKI PRZEZROCZYSTE

Lekcja 173, 174. Temat: Silniki indukcyjne i pierścieniowe.

SPEKTROSKOPIA LASEROWA

Regulamin Obrad Walnego Zebrania Członków Stowarzyszenia Lokalna Grupa Działania Ziemia Bielska

40. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna Meksyk, lipca 2009 r. ZADANIE TEORETYCZNE 2 CHŁODZENIE LASEROWE I MELASA OPTYCZNA

Badanie bezszczotkowego silnika prądu stałego z magnesami trwałymi (BLDCM)

SPRAWOZDANIE Z REALIZACJI XXXII BADAŃ BIEGŁOŚCI I BADAŃ PORÓWNAWCZYCH HAŁASU W ŚRODOWISKU Warszawa kwiecień 2012r.

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Agrofi k zy a Wyk Wy ł k ad V Marek Kasprowicz

BEZPIECZE STWO PRACY Z LASERAMI

Rodzaje i metody kalkulacji

4.3. Warunki życia Katarzyna Gorczyca

Komentarz technik dróg i mostów kolejowych 311[06]-01 Czerwiec 2009

I B. EFEKT FOTOWOLTAICZNY. BATERIA SŁONECZNA

Metrologia cieplna i przepływowa

Tester pilotów 315/433/868 MHz MHz

LABORATORIUM TECHNOLOGII NAPRAW WERYFIKACJA TULEJI CYLINDROWYCH SILNIKA SPALINOWEGO

Waldemar Szuchta Naczelnik Urzędu Skarbowego Wrocław Fabryczna we Wrocławiu

W a ciwo ci spr yste anizotropowych materia ów kompozytowych Al 2 O 3 hbn

OZNACZANIE WAPNIA I MAGNEZU W PRÓBCE WINA METODĄ ATOMOWEJ SPEKTROMETRII ABSORPCYJNEJ Z ATOMIZACJA W PŁOMIENIU

Sterownik Silnika Krokowego GS 600

DE-WZP JJ.3 Warszawa,

Tester pilotów 315/433/868 MHz

ĆWICZENIE Nr 9. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. inż. A. Weroński

Ć W I C Z E N I E N R O-10

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

Wp yw dodatku fosforanu glinu na w a ciwo ci niskocementowych betonów korundowych

Badanie silnika asynchronicznego jednofazowego

Eksperyment,,efekt przełomu roku

PREFABRYKOWANE STUDNIE OPUSZCZANE Z ŻELBETU ŚREDNICACH NOMINALNYCH DN1500, DN2000, DN2500, DN3200 wg EN 1917 i DIN V

Badania skuteczności działania filtrów piaskowych o przepływie pionowym z dodatkiem węgla aktywowanego w przydomowych oczyszczalniach ścieków

Harmonogramowanie projektów Zarządzanie czasem

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Projekt MES. Wykonali: Lidia Orkowska Mateusz Wróbel Adam Wysocki WBMIZ, MIBM, IMe

DANE MAKROEKONOMICZNE (TraderTeam.pl: Rafa Jaworski, Marek Matuszek) Lekcja V

(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/DE02/ (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

Dziękujemy za zainteresowanie

Elementy cyfrowe i układy logiczne

DTR.ZL APLISENS PRODUKCJA PRZETWORNIKÓW CIŚNIENIA I APARATURY POMIAROWEJ INSTRUKCJA OBSŁUGI (DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA)

SEKCJA I: ZAMAWIAJĄCY SEKCJA II: PRZEDMIOT ZAMÓWIENIA. file://d:\rckik-przetargi\103\ogłoszenie o zamówieniu - etykiety.htm

TYTUŁ IPS P przyrząd do badania imisji wg nowej metody pomiaru

Udoskonalona wentylacja komory suszenia

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANIS AWA STASZICA, Kraków, PL BUP 26/07

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

PL B1. Układ impulsowego wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego jonami erbu z zabezpieczaniem laserowych diod pompujących

Nowe głowice Hunter - DSP 700

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

ZASTOSOWANIE MIKROSYSTEMÓW W MEDYCYNIE LABORATORIUM. Ćwiczenie nr 3. Kropelkowy system mikrofluidyczny

PL B1. Sposób termicznego łączenia w łuku elektrycznym włóknistych światłowodów fotonicznych

WYMAGANIA EDUKACYJNE SPOSOBY SPRAWDZANIA POSTĘPÓW UCZNIÓW WARUNKI I TRYB UZYSKANIA WYŻSZEJ NIŻ PRZEWIDYWANA OCENY ŚRÓDROCZNEJ I ROCZNEJ

Jak wytresować swojego psa? Częs ć 1. Niezbędny sprzęt przy szkoleniu psa oraz procesy uczenia

UCHWAŁA NR RADY MIEJSKIEJ W ŁODZI z dnia

Politechnika Warszawska Wydział Matematyki i Nauk Informacyjnych ul. Koszykowa 75, Warszawa

MIKROSKOP SPEKTRALNY typ regula 5001MK

Krótkoterminowe planowanie finansowe na przykładzie przedsiębiorstw z branży 42

PROCEDURA OCENY RYZYKA ZAWODOWEGO. w Urzędzie Gminy Mściwojów

UKŁAD ROZRUCHU SILNIKÓW SPALINOWYCH

Uzbekistański rynek kosmetyków do pielęgnacji skóry i włosów :51:38

Podstawa prawna: Ustawa z dnia 15 lutego 1992 r. o podatku dochodowym od osób prawnych (t. j. Dz. U. z 2000r. Nr 54, poz. 654 ze zm.

CIĘCIE LASEREM CIĘCIE CNC POŁĄCZENIA MATERIAŁÓW LITERY PRZESTRZENNE. technologia. sposób montażu. materiały

ZASTOSOWANIE LASERÓW W METROLOGII. - miernictwo, nauka o pomiarach. Obejmuje wszystkie teoretyczne i praktyczne problemy zwi zane z pomiarami.

Technologie kodowania i oznaczania opakowań leków w gotowych. Koło o ISPE AMG 2007

Niniejszy ebook jest własnością prywatną.

Regulamin Obrad Walnego Zebrania Członków Stowarzyszenia Lokalna Grupa Rybacka Bielska Kraina Postanowienia Ogólne

Promocja i identyfikacja wizualna projektów współfinansowanych ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego

Jak korzystać z Group Tracks w programie Cubase na przykładzie EWQLSO Platinum (Pro)

Wynagrodzenia i świadczenia pozapłacowe specjalistów

Biomasa w odpadach komunalnych

Automatyczne przetwarzanie recenzji konsumenckich dla oceny użyteczności produktów i usług

Metody wyceny zasobów, źródła informacji o kosztach jednostkowych

Sieci komputerowe cel

PODNOŚNIK KANAŁOWY WWKR 2

Techniki korekcyjne wykorzystywane w metodzie kinesiotapingu

Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych.

ZAPYTANIE OFERTOWE. MERAWEX Sp. z o.o Gliwice ul. Toruńska 8. ROZWÓJ PRZEDSIĘBIORSTWA MERAWEX Sp. z o.o. POPRZEZ EKSPORT.

ROZGRANICZENIE NIERUCHOMOŚCI

URZĄD OCHRONY KONKURENCJI I KONSUMENTÓW

Walne Zgromadzenie Spółki, w oparciu o regulacje art w zw. z 2 pkt 1 KSH postanawia:

Projektowanie bazy danych

RZECZPOSPOLITA POLSKA. Prezydent Miasta na Prawach Powiatu Zarząd Powiatu. wszystkie

ANALIZA WIDMOWA (dla szkoły średniej) 1. Dane osobowe. 2. Podstawowe informacje BHP. 3. Opis stanowiska pomiarowego. 4. Procedura pomiarowa

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów województwa lubuskiego 23 marca 2012 r. zawody III stopnia (finałowe)

EGZEMPLARZ ARCRMLW 9 OPIS OCHRONNY PL Data zgłoszenia: WZORU UŻYTKOWEGO 13) Y1. (2\J Numer zgłoszenia:

LEKCJA 3 STRES POURAZOWY

Gruntowy wymiennik ciepła PROVENT- GEO

Załącznik nr 3 do Stanowiska nr 2/2/2016 WRDS w Katowicach z r.

Klasyfikacja i oznakowanie substancji chemicznych i ich mieszanin. Dominika Sowa

D f JESIENNE UTRZYMANIE DROGI

Przykłady architektur sieci szerokopasmowych WDM: a).gwiazda, b). drzewo.

Transkrypt:

MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 4, (2012), 500-505 www.ptcer.pl/mccm Wp yw domieszkowania Tm 2 O 3 na mikrostruktur i w a ciwo ci optyczne ceramiki Tm:YAG AGATA SIDOROWICZ 1,2 *, HELENA W GLARZ 1, ANNA KOZ OWSKA 1, MAGDALENA NAKIELSKA 1, ANNA WAJLER 1, HENRYK TOMASZEWSKI 1, ZDZIS AW LIBRANT 1, ANDRZEJ OLSZYNA 2 1 Instytut Technologii Materia ów Elektronicznych, ul. Wólczy ska 133, 01-919 Warszawa 2 Politechnika Warszawska, Wydzia In ynierii Materia owej, ul. Wo oska 141, 02-507 Warszawa *e-mail: agata.sidorowicz@itme.edu.pl Streszczenie Celem prowadzonych bada by o uzyskanie przezroczystych tworzyw ceramicznych granatu itrowo-glinowego domieszkowanego tulem w ilo ci od 1% at. do 6% at. metod reakcyjnego spiekania, wykorzystuj c proszki handlowe oraz proszek Y 2 O 3 otrzymany w ITME. Wytworzone próbki poddane by y szczegó owym badaniom mikrostrukturalnym i optycznym obejmuj cym pomiary widm emisji. Najkorzystniejszym zestawem okaza si zestaw sk adaj cy si z proszków Y 2 O 3 otrzymany w ITME oraz Al 2 O 3 TM-DR rmy TAIMEI. Tylko w przypadku tej kombinacji proszków nie zaobserwowano obszarów nieprzereagowanych w spiekach. Najwy sz transmisj zanotowano dla ceramiki zawieraj cej 2% domieszki Tm, otrzymanej z mieszaniny proszku Y 2 O 3 (ITME), Al 2 O 3 (TAIMEI DR) i Tm 2 O 3 (METALL). Dla d ugo- ci fali 1 m wynosi ona 79%, gdzie przy tych samych warunkach spiekania ceramika otrzymana z handlowego proszku Y 2 O 3 charakteryzuje si transmisj 70%. Widma emisji otrzymanych tworzyw s zgodne z danymi literaturowymi dotycz cymi monokryszta ów Tm:YAG. S owa kluczowe: ceramika przezroczysta, granat itrowo-glinowy, Tm:YAG EFFECT OF Tm 2 O 3 DOPING ON MICROSTRUCTURE AND OPTICAL PROPERTIES OF Tm:YAG CERAMICS The aim of the work was to obtain transparent thulium doped yttrium aluminium garnet ceramics by reaction sintering using commercial powders and Y 2 O 3 obtained in ITME. Sintered samples were subjected to the microstructure and optical analysis, including transmission and emission spectra measurements as a function of Tm +3 doping level. The optimal set of powders contained Y 2 O 3 obtained by the AHC precipitation (ITME) and Al 2 O 3 TM-DR prepared by TAIMEI. Only in case of this combination, no unreacted areas were observed. 2 at.% Tm:YAG ceramics obtained this way had the highest transmission. For wavelength 1 m it was 79%. For comparison, the transmission of ceramics prepared from commercial Y 2 O 3 was only 70%. Emission spectra of the obtained ceramics were similar to that of Tm:YAG single crystal. Keywords: Transparent ceramics, Yttrium aluminium garnet, Tm:YAG 1. Wprowadzenie Ceramiczne materia y laserowe zyska y du e zainteresowanie w ci gu ostatniej dekady. W tym czasie powsta o wiele prac badawczych po wi conych tematyce ceramiki domieszkowanej ziemiami rzadkimi [1-3]. Najszerzej opisanym w literaturze przyk adem ceramiki przezroczystej jest granat itrowo-glinowy domieszkowany neodymem (Nd:YAG). Granat itrowo-glinowy domieszkowany lantanowcami znalaz wiele zastosowa mi dzy innymi na ekrany oraz lampy kineskopowe (ang. cathode-ray tubes - CRTs), wy wietlacze emisji pola (ang. eld emission displays - FEDS), wy wietlacze uoroscencyjne (ang. vacuum uorescent displays - VFDs) oraz urz dzenia elektroluminescencyjne [4]. Tak szeroki zakres zastosowa materia ten zawdzi cza wysokiej stabilno- ci mechanicznej oraz szerokiemu pasmu wzbronionemu [5]. Mniej uwagi skupia si natomiast na polikrystalicznym granacie itrowo-glinowym domieszkowanym tulem. Przeprowadzone do tej pory analizy wykaza y, e lasery na bazie Tm:YAG emituj d ugo fali bezpieczn dla oka wynosz c 2 m, podczas gdy centralna d ugo fali absorpcji mie ci si w zakresie 750-810 nm. Emisja promieniowania w zakresie 2 m odpowiada przej ciu z poziomu 3 F 4 na poziom 3 H 6 tulu [6]. Poziom 3 F 4 w Tm:YAG charakteryzuje si równie d ugim czasem uorescencji wynosz cym oko o 11 ms, co jest atrakcyjne z punktu widzenia wykorzystania tego materia u w modulatorach dobroci [7]. Tul, dzi ki obecno ci silnych pasm absorpcyjnych w zakresie 785 nm, mo e by pompowany diodami laserowymi AlGaAs [8]. Promieniowanie laserowe przy cz stotliwo ci ko o 2 m jest u ywane w ró nych dziedzinach techniki, zw aszcza w in ynierii wojskowej [9], meteorologii, altymetrii, a w szczególno ci w medycynie: chirurgii, okulistyce, ginekologii, ortopedii, artroskopii oraz angioplastyce Na przyk ad silne promieniowanie absorpcji przez wod i tkanki cz owieka w okre- lonym przedziale mi dzy 1,92 m a 1,94 m jest atrakcyj- 500

WP YW DOMIESZKOWANIA Tm 2 O 3 NA MIKROSTRUKTUR I W A CIWO CI OPTYCZNE CERAMIKI Tm:YAG Rys. 1. Schemat otrzymywania granatu itrowo-glinowego domieszkowanego tulem (Tm:YAG). Fig. 1. Scheme of preparation procedure of thulium doped yttrium aluminium garnet (Tm:YAG). ne dla chirurgii laserowej, podczas gdy niskie atmosferyczne poch anianie i bezpieczne dla oczu w a ciwo ci sprawiaj, e laser ten jest przydatny w przetwarzaniu materia ów, teledetekcji oraz innych aplikacjach [10, 11]. Powsta e dotychczas publikacje dotycz ce granatu itrowo-glinowego domieszkowanego tulem oparte s na monokryszta ach otrzymywanych tradycyjn metod Czochralskiego [12]. Materia- y polikrystaliczne, wytworzone i badane w ramach niniejszej pracy, cz zalety monokryszta ów oraz szkie. Z jednej strony posiadaj dobre w asno ci optyczne, termiczne i spektralne, z drugiej, daj mo liwo uzyskania wysokich koncentracji oraz wytworzenia du ych elementów. Mimo, e sam proces wytwarzania ceramiki Tm:YAG wydaje si by mniej skomplikowany od procesu wytwarzania monokryszta u jednak efekt ko cowy zale y od bardzo wielu czynników. Nieprawid owy ich dobór skutkowa mo e obni eniem warto ci transmisji. Jak wiadomo, rozpraszanie wiat a w materiale polikrystalicznym mo e zachodzi na porach, wtr ceniach innych faz (o ró nych wspó czynnikach za amania wiat a) czy te silnie zdefektowanych granicach ziarnowych. Teoretycznie, najkorzystniej jest wi c otrzyma materia jednofazowy, jednorodny, o ma ym rozmiarze ziarna i ca kowicie nieporowaty. Jednak podobnie jak w przypadku innych materia ów ceramicznych trudne jest ca kowite wyeliminowanie porowato ci przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej czysto ci materia u, co ogranicza swobod stosowania dodatków u atwiaj cych spiekanie. G ównym celem pracy by o zbadanie zale no ci mi dzy zawarto ci domieszki Tm 2 O 3 a mikrostruktur oraz w a ciwo ciami optycznymi przezroczystego, polikrystalicznego granatu itrowo-glinowego (Tm:YAG). 2. Procedura eksperymentalna Wykorzystuj c proszki handlowe: Al 2 O 3 rmy Taimei, Y 2 O 3 rmy Inframat, Tm 2 O 3 rmy Metall Rare Earth) oraz proszek Y 2 O 3 otrzymany metod str cania w Instytucie Technologii Materia ów Elektronicznych (ITME), przygotowano zestawy Tm:YAG o ró nej zawarto ci domieszki: 1% at., 2% at., 4% at. i 6% at. Proszki by y mieszane w m ynie typu atrytor kulkami z ZrO 2 w bezwodnym alkoholu z dodatkiem u atwiaj cym spiekanie (TEOS). Po wysuszeniu mieszaniny przygotowano granulat, a nast pnie zaprasowano pastylki o rednicy 20 mm. W celu usuni cia plasty katora próbki by y wst pnie wypalane w powietrzu w temperaturze 1000ºC. Tak przygotowan e ceramik spiekano reakcyjnie w piecu pró niowym w temperaturach 1750-1830ºC przez 6 h oraz 30 h (Rys. 1). Zarówno zastosowane proszki wyj ciowe jak i wytworzone materia y ceramiczne badane by y pod wzgl dem czysto ci fazowej (XRD, Siemens D-500). Na podstawie bada rentgenowskich zosta a wyznaczona tak e g sto rentgenowska dla ka dego udzia u domieszki. G sto pozorn spieków wyznaczano hydrostatycznie. Mikrostruktur spieków obserwowano przy u yciu mikroskopu skaningowego CrossBeam Workstation AURIGA rmy Carl Zeiss. redni rozmiar ziaren oznaczano za pomoc programu do analizy obrazu CLEMEX. Widma transmisji obustronnie polerowanych próbek zosta y zmierzone przy u yciu spektrofotometru VarianCarry500 w zakresie wiat a widzialnego oraz podczerwieni. Pomiary luminescencji wykonano w uk adzie monochromatora SpectraPro 2300i Princeton Instruments/ Acton z ch odzonym termoelektrycznie detektorem InGa- As (na zakres podczerwieni) na wyj ciu oraz ch odzonym fotopowielaczem Hamamatsu R928 (na zakres widzialny). 3. Wyniki i ich dyskusja Dotychczasowe badania przeprowadzone w Instytucie Technologii Materia ów Elektronicznych pokaza y jak du y wp yw na mikrostruktur oraz w a ciwo ci optyczne przezroczystej ceramiki YAG maj proszki wyj ciowe [13]. Na podstawie zdj SEM mo na stwierdzi e, wszystkie zastosowane proszki handlowe s mocno zaglomeryzowane. Tlenek itru rmy Inframat Advanced Materials oraz tlenek tulu r- my Metall Rare Earth s proszkami mikrometrycznymi. Y 2 O 3 otrzymany w ITME jest proszkiem nanometrycznym, gdzie kuliste cz stki s powi zane w s abe aglomeraty. Mimo e, rentgenowska analiza fazowa wykaza a, i wszystkie otrzymane tworzywa s materia ami jednofazowymi w przypadku handlowego proszku Y 2 O 3 mo na zaobserwowa obszary, w których widoczne s nieprzereagowane ziarna wyj ciowych proszków. Na Rys. 3 przedstawiono mikrostruktury tworzyw 2% at. i 6% at. Tm:YAG w zale no ci od rodzaju zastosowanych proszków. Mo na zauwa y, e najkorzystniejszym zestawem proszków jest Y 2 O 3 otrzymany w ITME oraz Al 2 O 3 TM DR r- my TAIMEI. Tylko w przypadku tej kombinacji proszków nie zaobserwowano obszarów nieprzereagowanych. W przypadku zastosowania handlowego proszku Y 2 O 3 mikrostruktura jest bardzo niejednorodna, widoczne s liczne obszary zawieraj ce wtr cenia Al 2 O 3. Spiek ten charakteryzuje si mniejsz wielko ci ziarna, co zwi zane jest z blokowaniem rozrostu ziaren przez wtr cenia drugiej fazy. Zwi kszenie ilo- ci domieszki tulu z 1% at. do 4% at. powoduje stopniowe podwy szanie si g sto ci spieków (Tabela 1), co przek a- MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 4, (2012) 501

A. SIDOROWICZ, H. W GLARZ, A. KOZ OWSKA, M. NAKIELSKA, A. WAJLER, H. TOMASZEWSKI, Z. LIBRANT, A. OLSZYNA a) a) b) b) c) c) d) Rys. 2. Fotogra e SEM proszków zastosowanych do otrzymywania ceramiki Tm:YAG: a) TM 2 O 3 METALL, b) Al 2 O 3 TM DR, c) Y 2 O 3 ITME i d) Y 2 O 3 INFRAMAT. Fig. 2. SEM images of powders used for preparation of Tm:YAG ceramics: a) TM 2 O 3 METALL, b) Al 2 O 3 TM DR, c) Y 2 O 3 ITME i d) Y 2 O 3 INFRAMAT. d) Rys. 3. Mikrostruktury tworzyw Tm:YAG spiekanych w temperaturze 1830 C przez 6 godzin otrzymanych z mieszaniny proszku Al 2 O 3 TM DR i proszku Y 2 O 3 : a), b) i c) INFRAMAT i d) ITME. Fig. 3. SEM images of microstructure of Tm:YAG ceramics sintered at 1830 C for 6 hours originated from mixture of Al 2 O 3 TM DR and Y 2 O 3 : a), b) i c) INFRAMAT i d) ITME. 502 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 4, (2012)

WP YW DOMIESZKOWANIA Tm 2 O 3 NA MIKROSTRUKTUR I W A CIWO CI OPTYCZNE CERAMIKI Tm:YAG Tabela 1. Zale no g sto ci rentgenowskiej, pozornej i wzgl dnej tworzyw Tm:YAG od udzia u domieszki. Table 1. Dependence of X-ray, apparent and relative density of Tm:YAG ceramics on thulium doping level. Udzia domieszki [% at.] G sto rentgenowska [g/cm 3 ] G sto pozorna [g/cm 3 ] G sto wzgl dna [%] Porowato [%] 1 4,586 4,576 99,78 0,21 2 4,607 4,599 99,82 0,18 4 4,637 4,629 99,83 0,17 6 4,673 4,634 99,16 0,83 Tabela 2. rednia wielko ziarna tworzyw Tm:YAG. Table 2. Average grain size of Tm:YAG ceramics. Udzia domieszki Tm 3+ [% at.] redni rozmiar ziarna [ m] 1 2 4 6 4,5±1,9 6,1±3,0 12,4±8,2 2,2±0,8 Rys. 4. Zestawienie wykresów zale no ci transmisji w funkcji d ugo ci fali wietlnej tworzyw ceramiki Tm:YAG spiekanych w temperaturze 1830 C przez 6 godzin. Fig. 4. Transmission of Tm:YAG ceramics sintered at 1830 C for 6 hours as a function of light wavelength. Rys. 5. Mieszanina proszków handlowych po mieszaniu w m ynku wysokoenergetycznym. Fig. 5. SEM image of commercial powders mixture after high-energy milling. da si na wy sz transmisj tworzywa (Rys. 4). W przypadku zastosowania 6% domieszki nast puje gwa towne pogorszenie jako ci ceramiki. Jest to spowodowane pojawieniem si du ej ilo ci nieprzereagowanych obszarów. Zjawisko to wynika z obecno ci du ych, zwartych aglomeratów proszku Tm 2 O 3, które podczas mieszania w wysokoenergetycznym m ynku nie zosta y wyeliminowane (Rys. 5). Wyd u enie czasu mieszania powodowa o domielenie si ZrO 2 z mielników, co skutkowa o pojawieniem si dodatkowej fazy widocznej w analizie XRD. Udzia domieszki ma równie wp yw na redni wielko ziarna otrzymanych tworzyw (Tabela 2). Zauwa alna jest tendencja, e zwi kszenie udzia u domieszki Tm 3+ do 4% at. powoduje stopniowe zwi kszanie redniej wielko ci ziaren. W przypadku 6% at. domieszki nast puje znaczne obni enie wielko ci ziaren, co ma zwi zek z blokowaniem ruchu granic ziarnowych przez wtr cenia Tm 2 O 3. Przeprowadzone badania spieków wykaza y, e parametry spiekania, takie jak temperatura i czas, maj równie du y wp yw na warto transmisji. Zwi kszenie czasu spiekania w temperaturze 1750 C pozwala uzyska wy sz transmisj otrzymanych tworzyw. Próbka 4% at. Tm:YAG spiekana w temperaturze 1750 C przez 6 godzin charakteryzuje si transmisj wynosz c 45%, zwi kszenie czasu wygrzewania spowodowa o wzrost warto ci do 56% (Rys. 6). Natomiast zwi kszenie temperatury spiekania oraz zmniejszenie czasu przetrzymania spowodowa o to, e dla tej samej próbki warto transmisji wzros a do 70% (Rys. 7). Tworzywa otrzymane z proszku Y 2 O 3 wytworzonego w ITME charakteryzuj si wy sz transmisj w interesuj cym nas zakresie d ugo ci fali (1,5-2 m) w porównaniu do tworzyw uzyskanych z proszków handlowych. Próbka 2% at. Tm:YAG otrzymana przy u yciu proszku Y 2 O 3 ITME charakteryzuje si najwy sz transmisj 79%, podczas gdy spiek uzyskany z proszków handlowych o tej samej zawarto ci domieszki oraz spiekany w tych samych warunkach mia transmisj 70%. W kolejnym etapie prac wytworzona ceramika poddana zosta a badaniom spektroskopowym. Wyniki bada widm emisji próbek 2% at. i 6% at. Tm:YAG wytworzonych metod reakcyjnego spiekania przedstawione s na Rys. 9. Widma emisyjne zmierzono przy wzbudzaniu laserem argonowym o d ugo ci fali = 488 nm MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 4, (2012) 503

A. SIDOROWICZ, H. W GLARZ, A. KOZ OWSKA, M. NAKIELSKA, A. WAJLER, H. TOMASZEWSKI, Z. LIBRANT, A. OLSZYNA Rys. 6. Porównanie transmisji tworzyw 4% at. Tm:YAG otrzymanych metod reakcyjnego spiekania przy wykorzystaniu proszków Al 2 O 3 TM DR i Y 2 O 3 Inframat Advanced Materials w zale no ci od d ugo ci przetrzymania w temperaturze spiekania. Fig. 6. In uence of sintering time on transmission of 4 at.% Tm:YAG produced by reaction sintering using Al 2 O 3 TM DR and Y 2 O 3 Inframat Advanced Materials powders. Rys. 7. Porównanie transmisji tworzyw 4% at. Tm:YAG otrzymanych metod reakcyjnego spiekania przy wykorzystaniu proszków Al 2 O 3 Taimei DR i Y 2 O 3 Inframat Advanced Materials wypalonej w temperaturach 1750 C, 1780 C i 1830 C przez 6 godzin Fig. 7. In uence of sintering temperature on transmission of 4 at.% Tm:YAG ceramics produced from powders Al 2 O 3 TM DR and Y 2 O 3 Inframat Advanced Materials powders by reaction sintering. Rys. 8. Porównanie transmisji tworzyw 2% at. Tm:YAG otrzymanych metod reakcyjnego spiekania (1830 o C/6 h) przy wykorzystaniu proszków Al 2 O 3 Taimei DR i Y 2 O 3 Inframat Advanced Materials lub ITME. Fig. 8. Comparison of transmission of 2 at.% Tm:YAG ceramics produced from Al 2 O 3 TM DR and Y 2 O 3 Inframat Advanced Materials or ITME powders by reaction sintering (1830 o C/6 h). 504 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 4, (2012)

WP YW DOMIESZKOWANIA Tm 2 O 3 NA MIKROSTRUKTUR I W A CIWO CI OPTYCZNE CERAMIKI Tm:YAG intensity [a.u.] intensity [a.u.] 1600000 1400000 1200000 1000000 800000 600000 400000 200000 1000000 900000 800000 700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 4. Wnioski YAG 2% Tm exc =488 nm T=300K 0 750 760 770 780 790 800 810 820 830 840 850 [nm] a) 0 750 760 770 780 790 800 810 820 830 840 850 [nm] b) YAG 6% Tm exc =488 nm T=300K Rys. 9. Widma emisji zmierzone w temperaturze pokojowej przy wzbudzeniu laserem argonowym = 488 nm dla a) 2at.% oraz b) 6at.% Tm:YAG Fig. 9. Emission spectra measured at room temperature at excitation with argon laser of = 488 nm for 2 at.% (a) and 6 at.% (b) Tm:YAG ceramics. Metoda reakcyjnego spiekania pozwala na otrzymanie przezroczystej ceramiki granatu itrowo-glinowego domieszkowanego tulem w zakresie domieszkowania od 1% at. do 6% at. Zwi kszenie ilo ci domieszki tulu z 1% at. do 4% at. powoduje stopniowe podwy szanie si g sto ci spieków, co przek ada si na lepsz transmisj tworzyw. W przypadku zastosowania 6% at. domieszki nast puje gwa towne pogorszenie jako ci ceramiki. Udzia domieszki ma równie wp yw na redni wielko ziarna otrzymanych tworzyw. Podwy - szenie zawarto ci domieszki Tm 3+ do 4% at. powoduje stopniowe zwi kszanie redniej wielko ci ziaren. W przypadku 6% at. domieszki nast puje znaczne obni enie wielko ci ziaren, co ma zwi zek z blokowaniem ruchu granic ziarnowych przez wtr cenia Tm 2 O 3. Istotne okaza y si by równie parametry spiekania takie jak czas czy temperatura. Próbki spiekane w temperaturze 1750 C charakteryzuj si najni sz transmisj. Wyd u enie czasu wygrzewania skutkuje polepszeniem w a- ciwo ci optycznych. Najwy sze warto ci transmisji zaobserwowano dla próbek spiekanych w temperaturze 1830 C przez 6 godzin. Obserwacje SEM udowodni y siln zale no mikrostruktury uzyskanych tworzyw od w a ciwo ci zastosowanych proszków. Najkorzystniejszym zestawem proszków jest Y 2 O 3 otrzymany w ITME oraz Al 2 O 3 TM-DR rmy TAIMEI. Tylko w przypadku tej kombinacji proszków nie zaobserwowano obszarów nieprzereagowanych, a otrzymana ceramika 2% at. Tm:YAG spiekana w temperaturze 1830 C przez 6 godzin charakteryzuje si najwy sz transmisj wynosz c 79% dla d ugo ci fali 1 m. Widma emisji otrzymanej ceramiki s zgodne z danymi literaturowymi dotycz cymi monokryszta ów Tm:YAG. Literatura [1] Li C.Y., Bo Y., Wang B.S., Tian C.Y., Peng Q.J., Cui D.F., Xu Z.Y., Liu W.B., Feng X.Q., Pan Y.B.: Opt. Comm., in press, 2010. [2] Ikesue A., Aung Y.L.: Nature Photonics, 2, (2008), 721. [3] Taira T.: C.R. Physique, 8, 2007, 138. [4] Lopez O.A., McKittrick J., Shea L.E.: J. Luminescence, 71, (1997), 1-11. [5] Uhlich D., Huppertz P., Wiechert D.U., Justel T.: Opt. Mater., 29, (2007), 1505. [6] Ma Q.-L., Bo Y., Zong N., Pan Y.-B., Peng Q.-J., Cui D.-F., Xu Z.-Y.: Opt. Commun., 284, (2011), 1645-1647. [7] Bollig C., Clarkson W.A., Hayward R.A., Hanna D.C.: Opt. Commun., 154, (1998), 35. [8] Mackenize J.I., Li C., Shepherd D.P., Beach R.J., Mitchell S.C.: IEEE J. Quantum Electron., 38, (2002), 222. [9] Budni P.A., Lemons M.L., Mosto J.R., Chicklis E.P.: IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., 6. [10] Matkovsky A.O., The Materials of Quantum Electronics, Liga-Press, Lviv, 2000. [11] Godard A.: C.R. Physique, 8, (2007), 1100. [12] Song P., Zhao Z., Xu X., Jang B., Deng P., Xu J.: J. Crystal Growth, 270, (2004), 433 437. [13] W glarz H., Librant Z., Tomaszewski H., Wajler A., Zych., Mo d onek M.: Ceramika/Polski Biuletyn Ceramiczny, 108, 2008, 119-128. Otrzymano 8 grudnia 2011, zaakceptowano 14 lutego 2012 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 4, (2012) 505