多晶YAG与LuAG石榴石在空气和蒸汽环境下的蠕变行为及机制研究

本研究针对高温环境下多晶石榴石材料的蠕变性能展开系统分析。来自未知机构的研究人员通过对比Y3Al5O12（YAG）与Lu3Al5O12（LuAG）在空气/蒸汽中1300–1400°C的蠕变行为，发现蒸汽环境略微加速蠕变，稀土掺杂对YAG蠕变速率影响微弱，而LuAG表现出更高的蠕变敏感性。研究揭示了Nabarro–Herring机制的主导作用，为高温结构陶瓷材料的性能优化提供重要理论依据。

　　

多晶钇铝石榴石（Y₃Al₅O₁₂, YAG）和镥铝石榴石（Lu₃Al₅O₁₂, LuAG）在1300°C的空气和蒸汽环境中，承受50至200 MPa压应力时的蠕变速率被精确测定。实验同时涵盖2%铒（Er）和2%镱（Yb）掺杂的YAG材料，并在1400°C下对YAG进行了补充测试。研究人员系统分析了0.3至8 μm晶粒尺寸变化对蠕变速率的影响，确定了所有材料的流变应力指数，并计算出YAG的蠕变激活能。

有趣的是，蒸汽环境中的蠕变速率略高于空气环境。Er和Yb掺杂并未对YAG的蠕变行为产生显著影响。经晶粒尺寸校正后，LuAG的蠕变速率始终高于YAG。除晶粒尺寸小于0.5 μm的样品外，所有掺杂与未掺杂YAG的蠕变行为均最适合用Nabarro–Herring扩散蠕变机制来解释。而LuAG的蠕变机制尚未明确，可能是多种机制的复杂组合。研究最后对多晶石榴石材料的蠕变机制进行了对比与讨论，为高温结构材料的设计与应用提供了关键理论基础。