为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划808材料科学基础 Y3Al5O12及其与Y3Al5O12相关的相图 目录 1.YAG及其结构......................................2 2.掺杂YAG激光晶体、YAG荧光粉和YAG透明陶瓷的制备、性能 与应用...............................................3 掺杂YAG激光晶体的制备、性能与应用...........3 掺杂YAG荧光粉的制备、性能与应用.............6 掺杂YAG透明陶瓷的制备、性能与应用...........7 有关相图.......................................9 参考文献：..........................................10 1.YAG及其结构 钇铝石榴石(polycrystallinealuminum-yttriumgarnet，YAG)的化学式为Y3Al5O12，或写为3Y2O3·5Al2O3，其中Y2O3为%，Al2O3为%，是一 种综合性能优良的激光基质。
因为Nd:YAG具有较高的热导率和抗光伤阈值，同时三价钕离子取代YAG中的钇离子无需电荷补偿而提高激光输出效率，使它成为用量最多、最成熟的激光材料此外，为了寻找新的激光波长，对YAG基质进行了Er、Ho、Tm、Cr等的单独或组合掺杂，获得了数种波长的激光振荡YAG的部分性质如图1 图1 YAG属于立方晶系，它的晶格常数为，它的分子式可以写成：L3B23，其中：L，A，B分别代表3种格位在单位晶胞中有8个Y3Al5O12分子，一共有24个钇离子，40个铝离子，96个氧离子每个钇离子各处于由8个氧离子配位的十二面体的L格位，16个铝离子各处于6个氧离子配位的八面体的B格位，另外24个铝离子各处于由4个氧离子配位的四面体的A格位八面体的铝离子形成体心立方结构，四面体的铝离子和十二面体的钇离子处于立方体的面等分线上，八面体和十二面体都是变形的，其结构模型如图2石榴石的晶胞可看作是十二面体、八面体和四面体的连接网 石榴石系列的一个突出特点是在晶体结构中可以有较大范围的阳离子取代，进入石榴石晶体结构的阳离子取代何种离子，主要取决相互取代离子间的相对离子半径大小，较大的阳离子常优先占据八配位十二面体空隙位置；较小的阳离子则往往占据四配位四面体空隙位置。
如La系稀土元素三价离子因离子半径与Y3+相近，部分取代Y3+而形成Nd(Yb，Tb，Er??):YAG 图2 2.掺杂YAG激光晶体、YAG荧光粉和YAG透明陶瓷的制备、性能与应用 掺杂YAG激光晶体的制备、性能与应用 YAG激光晶体的生长方法主要有提拉法和温梯法 提拉法： 提拉法，是1917年由丘克拉斯基(Czochralski)发明的一种合成晶体的方法，所以也称“丘克拉斯基法”，是一种从熔融状态的原料生长晶体的方法提拉法的原理是利用温场控制来使得熔融的原料生长成晶体用于晶体生长的的原料放在坩埚中加热成为熔体，控制生长炉内的温度分布，使得熔体和籽晶/晶体的温度有一定的温度梯度，这时，籽晶杆上的籽晶与熔体接触后表面发生熔融，提拉并转动籽晶杆，处于过冷状态的熔体就会结晶于籽晶上，并随着提拉和旋转过程，籽晶和熔体的交界面上不断进行原子或分子的重新排列，逐渐凝固而生长出单晶体 下面的图形是提拉法晶体生长的简单原理示意图，从中可以了解提拉法晶体生长的机理与过程 图3 优点：由于晶体不与坩埚接触，可大大降低晶体的残余应力；在晶体生长的任何阶段都可以从熔体中取出晶体；在晶体生长过程中能够很容易地控制晶体的大小。
缺点：由于在晶体生长过程中存在提拉、旋转机械运动，引起熔体不规则的对流运动，影响温场的稳定性；而且晶体是在熔体表面处进行生长，局部温度梯度易出现变化，因此并不适合生长大尺寸单晶；晶体中存在较高的残余应力和位错密度 温度梯度法： 温度梯度法是由上海光机所周永宗等人于1979年首先实现的一种以定向籽晶诱导单晶生长的垂直温度梯度法这是一种从熔体中生长晶体的高温技术，整个生长装置处于相对稳定的状态，坩锅和籽晶都不旋转，这样熔体中既没有因机械搅拌引起的强迫对流，又没有因熔体密度引起的自然对流，固液界面不受干扰，具有稳定热场，有利于掺杂离子进入YAG晶体 该方法主要特点： (1)晶体生长时温度梯度与重力方向相反，并且坩埚、晶体和加热体都不移动，晶体生长界面稳定、无机械扰动、浮力对流小； (2)晶体生长以后，由熔体包围，仍处于热区，可精确控制其冷却速率，减小热应力； (3)晶体生长时，固液界面处于熔体包围之中，热扰动在到达固液界面之前可以被减小乃至排除，界面上可获得均匀的温度梯度； (4)生长更大尺寸的晶体时，难于创造良好的温场环境，晶体易炸裂； (5)晶体坯料需要分别进行高温氧化、还原气氛的退火处理，坯料的后续处 理工艺比较复杂。
图4 掺杂YAG激光晶体性能: Nd掺杂YAG晶体 Nd：YAG晶体具有优越的光谱和激光特性，是应用最广泛的激光晶体之一与NdYVO4晶体相比，前者热导率高，机械性能好，生长容易，并且晶体可以直 接用Q调，获得高峰值功率、高重复频率的输出，用半导体激光器抽运可以实现946nm激光输出，倍频后成为非常有用的蓝色光源但由于Nd：YAG晶体掺杂浓度较低，吸收系数较小，难以实现激光器的小型化和提高激光效率 高掺杂浓度Nd：YAG晶体主吸收峰在808nm处，Nd掺杂的摩尔分数为的Nd：YAG晶体的吸收系数高达，荧光寿命为150μs，存在浓度猝灭 Yb掺杂YAG晶体 Yb3+作为能级结构最简单的激活离子,原理上不存在激发态吸收和上转换,由于泵浦能级靠近激光上能级,可极大降低掺杂材料中的热负荷,具有很高的光转换效率随着lnGaAs激光二极管(发射波长为0.9～1.1μm)的出现,掺Yb3+材料引起了人们的广泛重视,其中Yb:YAG由于有大的晶场分裂能、优异的热力学性能、可进行高浓度掺杂、生长工艺成熟等特点而成为掺Yb3+材料中的佼佼者目前获得的Yb：YAG晶体的最高连续激光输出功率为434W,在10KHz频率下,平均输出功率达285W。
Payne和Krupke预言,在不久的将来激光二极管泵浦Yb：YAG晶体将成为10kW激光器的一员 Yb3+的电子构型为4f13,仅有两个电子态:基态2F60和激发态2F40,在Yb：YAG晶体中,强的晶场作用导致了Yb3+离子的斯塔克能级分裂,如图2所示,基态和激发态分别分裂为四个和三个子能级,形成准三能级的激光运行机制,激光过程发生在激发态2F40最低的子能级10327cm-1和基态2F60的第三个子能级间,激光下能级能量较大,为612cm-1,激光波长为1030nm 天津城市建设学院 XX年硕士生入学初试专业课考试大纲 考试科目：无机材料科学基础 科目代码：808 适用专业：材料学 考试形式：笔试 卷面满分：150分 考试时间：3小时 一、考试的总体要求 要求学生了解并掌握固体材料组成、结晶结构、聚集态结构、结构缺陷形成与控制、表面与界面性质、扩散、相平衡与相变、烧结等材料物理化学方面的基本概念、基础知识与基本理论，能够灵活运用所学知识分析问题和解决问题 二、考试内容及比例 以下1、2、3部分约占40%；4、5、7、8、9部分约占40%；6部分约占20%。
1、结晶学基础 晶体与晶体结构有关的基本概念，晶体的物理性能，晶体的对称晶体结晶化学基础 2、晶态结构 晶体结构和性质，晶体结构与性质之间的关系，晶体化学基本原理，一些典型晶体结构 3、结构缺陷及固溶体 点缺陷的概念，热缺陷及其浓度计算，缺陷化学反应表示法，线缺陷的概念，固溶体的分类，置换固溶体生成条件，非化学计量化合物缺陷 4、玻璃态结构 玻璃熔体结构，非晶态结构与性质之间的关系，玻璃结构参数计算 5、表面与界面 固体表面的基本特征，晶体的表面及结构，固体的界面及结构，各种界面特性及显微结构 6、相平衡与相图 三元相图有关基本原理，典型三元相图分析，相图的应用 7、材料中的扩散与固相反应 固态扩散与固相反应的宏观规律及其动力学，扩散的微观机制及扩散系数，影响扩散与固相反应的各种因素，扩散在材料的高温动力学过程中的作用 8、相变 相变的概念与分类，液-固相变过程的热力学和动力学，液-液相变过程的热力学 和结晶化学观点，分相的动力学 9烧结 烧结的概念，晶粒生长与二次再结晶，固相烧结与液相烧结的四种主要烧结机理，影响烧结的主要因素，烧结过程与材料显微结构之间的关系。
三、试卷类型及所占分值 总分：150分其中填空(25分)、名词解释、简答及论述、计算题 四、参考书目 陆佩文主编，《无机材料科学基础》，武汉理工大学出版社 第四章非晶态结构与性质 4-1名词解(转载于:写论文网:808材料科学基础)释 熔体与玻璃体分化与缩聚网络形成体网络中间体网络改变体桥与非桥氧硼反常现象单键强度晶子学说与无规则网络学说 4-2试简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点 4-3试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体它们的结构有什么不同？ 4-4试述石英晶体、石英熔体、Na2O·2SiO2熔体结构和性质上的区别 4-5影响熔体粘度的因素有哪些？试分析一价碱金属氧化物降低硅酸盐熔体粘度的原因 7 3 6 4-6熔体粘度在727℃时是10Pa·s，在1156℃时是10Pa·s，在什么温度下它是10Pa·s？ 4-7SiO2熔体的粘度在1000℃时为10Pa·s，在1400℃时为10Pa·sSiO2玻璃粘滞流动的活化能是多少？上述数据为恒压下取得，若在恒容下获得，你认为活化能会改变吗？为什么？ 147 4-8一种熔体在1300℃的粘度是310Pa·s，在800℃是10Pa·s，在1050℃时其粘度为多少？在此温度下急冷能否形成玻璃？ 7 4-9试用logη＝A＋B/方程式，绘出下列两种熔体在1350~500℃间的粘度曲线。
两种熔体常数如下： 4-10派来克斯玻璃的粘度在1400℃时是10Pa·s，在840℃是10Pa·s请回答：粘性流动活化能是多少？为了易于成形，玻璃达到10Pa·s的粘度时约要多高的温度？ 6 5 913 4-11一种玻璃的工作范围是870℃至1300℃，估计它的退火点？ 12 4-12一种用于密封照明灯的硼硅酸盐玻璃，它的退火点是544℃，软化点是780℃求： 这种玻璃粘性流动的活化能；它的工作范围；它的熔融范围 4-13从以下两种釉式中，你能否判断两者的熔融温度、粘度、表面张力上的差别？说明理由 4-14影响玻璃形成过程中的动力学因素是什么？结晶化学因素是什么？试简要叙述之 4-15试计算下列玻璃的结构参数及非桥氧分数Na2O·SiO2；Na2O·CaO·Al2O3·SiO2；Na2O·1/3Al2O3·SiO2；18Na2O·10CaO·72SiO2 4-16有两种玻璃其组成如下表，试计算玻璃的结构参数，并比较两种玻璃的粘度在高温下何者大？ 4-17有两种不同配比的玻璃其组成如下，。