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激光材料之王:为何陶瓷成首选?@壹晨激光

壹晨激光 2024-05-23 11:53 发布于上海 发文

目前常用的固体激光基质材料有三种主要类型:玻璃、单晶和陶瓷。在这些材料中,陶瓷因其低热膨胀系数和低折射率等特性,受到高功率激光器青睐。高功率激光器的使用会产生热梯度,而热梯度会导致光束畸变或热双折射,从而影响激光束的质量。因此,具有低热膨胀系数和低折射率的陶瓷材料是理想的激光工作物质。

过去,一些高性能和组分复杂的陶瓷无法在激光技术中应用,因为稀土金属在陶瓷中的组成不同、陶瓷与坩埚的相互作用、相变和溶解性差等问题会影响其他应用。然而,随着加工技术的进步,现在已经有多种可行的透明陶瓷合成方法。制备的陶瓷材料表面呈单晶状,原子水平上呈多晶状,晶界干净且微薄,没有气孔和杂质,具有高度透明性,非常适合产生激光束。此外,陶瓷材料还可以掺杂不同的稀土元素,制成各种复杂的形状,大大增加了其实用性。

总体而言,激光陶瓷具有以下优点:制备时间短,烧结装置无需贵金属材料,烧结无需在高纯保护性气氛下进行,制备成本低;可以制备大尺寸、形状复杂的材料;陶瓷中掺杂粒子浓度高,从整体上看掺杂粒子的分布均匀;陶瓷烧结的温度比晶体的熔点低许多,制备出的陶瓷其组分偏离小;陶瓷能够做成多层材料进行烧结,有可能发展出多功能陶瓷。

相比之下,玻璃基质虽然能制备大尺寸样品,但其热导率太低,难以实现大功率激光器;单晶的热导率高于玻璃,但单晶生长周期长、成本昂贵,难以获得高品质、大尺寸的晶体。

激光陶瓷的种类包括氧化物陶瓷、氟化物陶瓷(包括Ⅱ-Ⅵ族化合物陶瓷)和金属酸化物陶瓷等三类。

激光陶瓷的制备是在一定的温度和环境气氛下将纳米级粉体烧结,使粉体颗粒凝结形成晶粒结合体,由多孔体变成致密体。在陶瓷中,激活离子随机分布在晶粒的内部与表面,没有明显的偏聚现象。激活离子受到晶场作用、能级结构和电子能级跃迁等因素的影响,类似于晶体中的情况。

科技一直在进步,随着对激光陶瓷研究范围的扩大与深入,相信一定会出现比现有材料更优越的激光陶瓷材料,从而使固体激光器得到更广泛的应用。我们壹晨激光将在这个领域不断努力,成为工业激光焊接应用领域最权威的制造商!

声明:本文为OFweek维科号作者发布,不代表OFweek维科号立场。如有侵权或其他问题,请及时联系我们举报。
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