Nd/Ce掺杂的YAG纳米晶体陶瓷烧结动力学的双阶段调控

《Journal of the American Ceramic Society》：Dual-stage regulation of sintering kinetics in Nd/Ce-doped YAG nanocrystalline ceramics

YAG纳米晶陶瓷的稀土掺杂晶界偏析调控烧结机制研究。通过Nd/Ce掺杂实现双阶段烧结调控：初始阶段（65%-90%相对密度）晶界偏析抑制质量扩散，中间阶段（75%-85%）促进扩散，最终使掺杂样品在1175℃达到99.3%相对密度（较纯YAG降低50℃），晶粒尺寸控制在57-64nm。该机制为高功率激光陶瓷和闪烁体陶瓷开发提供新理论指导。

　　

摘要

作为关键的光学材料，YAG（钇铝石榴石）纳米晶陶瓷的微观结构直接决定了其激光和发光性能。本研究表明，在晶界处进行稀土掺杂能够通过双阶段调控机制显著改善烧结行为：在初始阶段（相对密度为65%–90%），掺杂剂（Nd/Ce）通过稳定晶界结构来抑制质量扩散；而在中间阶段（相对密度为75–85%），它们通过改变晶界能量状态来促进扩散。这种动力学调控使得掺钕样品在1200°C时能够达到99.3%的相对密度（比纯YAG低50°C），同时保持晶粒尺寸在57–64纳米之间。与纯YAG（1200°C）相比，掺杂体系在显著更低的T₁温度下（Nd-YAG：1175°C，Ce-YAG：1175°C）实现了成功的两步烧结。研究证实，Nd/Ce掺杂通过晶界偏聚实现了致密化与晶粒生长的协同控制，为制备高性能透明陶瓷提供了重要的理论指导，特别是在开发新型Nd/Ce:YAG激光材料和闪烁陶瓷方面。