钇铝石榴石（YAG）粉体的制备及应用简介

钇铝石榴石（YAG）的性质与结构

钇铝石榴石（Y3Al5O12）是人造化合物，没有天然矿物，无色，莫氏硬度可达到8.5，熔点为1950℃，不溶于硫酸、盐酸、硝酸氢氟酸等。YAG晶体具有良好的透明度、物理化学性质非常稳定，不溶于水，不易诶强酸强碱腐蚀，机械强度高，具有良好的抗热蠕变性且各向同性，是一种应用广泛、性能理想的激光晶体材料。

钇铝石榴石晶体单胞的1/8结构模型

钇铝石榴石属于立方晶系，空间群是Oh10-Ia3d，点群是m3m，晶格常数是12.002Å，其每个晶胞内都包含8个Y3Al5O12分子，合计共有96个O2-离子，40个Al3+离子以及24个Y3+离子。

YAG粉体的制备

YAG粉体的常用制备方法主要包括高温固相法、共沉淀法、水热法、溶胶凝胶法、喷雾热解法、溶剂热法等。

（a）高温固相法

高温固相法是制备YAG粉体的传统方法，按照氧化钇和氧化铝的二元相图中得到的比例混合两种粉体在高温下焙烧，通过氧化物之间的固相反应形成YAG粉体。在高温条件下，氧化铝和氧化钇的反应中，会先生成中间相YAM和YAP，最终形成YAG。反应过程如下：

固相反应法不使用溶剂、工艺也较为简单、效率高成本低，以实现工业化生产，但反应温度高、中间产物不易剔除。

（b）机械化学法

机械化学法属于固相反应法，本质是利用外加机械作用力处理在常温下不能发生化学反应的粉体，把体系机械能转变为粉体颗粒化学能，使粉体粒子间具有足够能量而化学反应。就是利用高能机械磨的高能球磨力，颗粒在高频和小振幅振动中，发生连续的严重塑性形变，粉体内部组织可不断细化达到纳米尺寸而发生反应。 机械化学法工艺简单、效率高，能制备出用常规方法难以获得金属陶瓷等纳米粉体。此法反应过程易控制、可批量生产、处理时间短，但是容易造成粉体粒子内部晶型破坏，在制备过程中易引入杂质，粉末纯度不高。

（c）共沉淀法

现阶段在YAG合成中应用较多的合成方法是共沉淀法。 共沉淀法，即把沉淀剂加入混合金属盐溶液中(称为正滴)，或将混合均匀金属盐溶液滴入沉淀剂中(称为反滴，制备钇铝石榴石粉体多采用反滴)，使各组分均匀同步沉淀，然后加热分解以获得纳米粉体。

共沉淀法包括常规共沉淀法和均相沉淀法。

常规共沉淀法即把沉淀剂加入混合金属盐溶液中，促使各组分均匀混合沉淀，然后加热分解以获得纳米粉体。通过选择合适沉淀剂及表面活性剂，能够实现对粉体形貌分散性等性能的控制。 均相沉淀法是利用某一化学反应使反应溶液中的离子在溶液中均匀缓慢释放出来。此种方法克服了由外部向反应溶液中直接加入沉淀剂时造成沉淀剂的局部不均匀，通过控制反应溶液中沉淀剂浓度和反应温度等，可以使沉淀过程总是处于某种平衡状态，实现反应产物的均匀析出。例如：

沉淀法具有成本较低、产量易于精确控制、设备简单、可大量制备等优点，但制备粉体的周期过长，反应不易控制。

 YAG的应用

（a）激光基质材料

上世纪60年代，单晶红宝石激光器的出现促进了激光技术的发展，涌现出大量新型激光晶体，而Nd:YAG单晶因其高增益、低阈值及其优良的光学性能和良好的机械特性而成为目前人们常用固体激光晶体材料之一。

（b）荧光材料

YAG中Al-O键尺寸小，键能高，这种高键能恰好可以匹配荧光材料较高的真空能，即在较高的电子撞击下，保持其光学性能稳定。，把稀土元素引入可使荧光粉的发光性能有明显的改善，而YAG通过掺杂Ce3+、Eu3+等三价稀土离子即可成为荧光粉，这些研究和应用是从20世纪70年代开始的。 （

c）高温结构材料

YAG具有优异的高温抗蠕变性能，抗氧化，热导率高，热稳定性好。有研究表明，在1700℃和100MPa的应力下，YAG的蠕变速率2.5×10-9/s，是类似条件下单晶Al2O3蠕变速率的1/10。所以YAG被广泛用于制作高温复合材料，是一种很有潜力的精细结构陶瓷材料，具有重要的应用前景。