Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Dogładzanie oscylacyjne polikrystalicznej ceramiki YAG zawiesiną nanodiamentową

Jemielniak Krzysztof

Mechanik

|

2020

|

R. 93, nr 8-9

30

PL

Dogładzanie oscylacyjne polikrystalicznej ceramiki YAG (granatu itrowo-glinowego, Y3Al5O12) jest niezbędne do zwiększenia mocy wyjściowej promienia lasera YAG. Przedstawiono metodę dogładzania z wykorzystaniem zawiesiny nanodiamentowej i koloidalnej krzemionki w różnych proporcjach.

2

Influence of high-energy milling parameters on the synthesis of single-phase yttrium aluminium perovskite (YAP)

Smoleń Jakub, Michalik Daniel, Plewa Julian, Pawlik Tomasz

Materiały Ceramiczne

|

2020

|

T. 72, nr 4

235--246

EN

Yttrium aluminium perovskite with the formula YAlO3 (YAP) is one of the three oxides that occur in the Al2O3-Y2O3 system; YAM and YAG are stable coexisting phases of this system. YAP single crystals are known to be used as optical materials due to their favourable properties, especially when they are doped with rare earth or transition metal ions. The preparation of a monophase yttrium aluminium perovskite is a difficult task as the solid phase synthe- sis method leads to the formation of coexisting phases. High-energy milling is the most effective way to obtain a homogeneous mixture of yttrium and aluminium oxide powders (YAP precursors). In this work, different types of homogenization were compared and then the optimal parameters (rotational speed, milling ball size, milling time) influencing the phase composition and morphology of the product after synthesis were established. The X-ray diffraction (XRD) technique was used to study the phase composition and the morphology was characterized using a scanning electron microscope. The obtained results proved that the method of energy supply to the milled system has a significant impact on the course of synthesis and the morphology of the sintered product.

PL

Perowskit itrowo-glinowy o wzorze YAlO3 (YAP) jest jednym z trzech tlenków występujących w układzie Al2O3-Y2O3; YAM i YAG to współistniejące stabilne fazy tego układu. Wiadomo, że monokryształy YAP są stosowane jako materiały optyczne ze względu na ich korzystne właściwości, zwłaszcza gdy są domieszkowane jonami pierwiastków ziem rzadkich lub metali przejściowych. Przygotowanie jednofazowego perowskitu itrowo-glinowego jest trudnym zadaniem, ponieważ metoda syntezy w fazie stałej prowadzi do powstania faz współistniejących. Najbardziej efektywnym sposobem otrzymywania homogenicznej mieszaniny proszków tlenków itru i glinu (prekursorów YAP) jest mielenie wysokoenergetyczne. W pracy porównano różne rodzaje homogenizacji, a następnie ustalono optymalne parametry (prędkość obrotowa, wielkość mielników, czas mielenia) wpływające na skład fazowy i morfologię produktu po syntezie. Do badania składu fazowego wykorzystano technikę dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), a morfologię scharakteryzowano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego. Uzyskane wyniki dowiodły, że sposób dostarczania energii do mielonego układu ma istotny wpływ na przebieg syntezy i morfologię spiekanego produktu.

3

Otrzymywanie granatu itrowo-glinowego metodą spiekania reakcyjnego z wykorzystaniem zarodkowania heterogenicznego

Stan Magdalena, Wojciechowski Kamil, Lach Radosław, Haberko Jakub, Bućko Mirosław M.

Materiały Ceramiczne

|

2019

|

T. 71, nr 1

25--35

PL

W niniejszym artykule przedstawiono nową metodę otrzymywania granatu itrowo-glinowego, wykorzystującą spiekanie reakcyjne z zarodkowaniem fazy granatu heterogenicznymi nanometrycznymi cząstkami α-Al2O3. Pierwszym krokiem było otrzymanie prekursorów tlenku glinu i tlenku itru poprzez ich wytrącenie z roztworów azotanów (odpowiednio glinu i itru) za pomocą węglanu amonu, a następnie wyprażenie prekursora tlenku itru w temperaturze 700 °C, natomiast prekursor tlenku glinu poddano obróbce hydrotermalnej w 130 °C przez 2 h. Dwie stechiometryczne względem Y3Al5O12 mieszaniny otrzymanych proszków były homogenizowane przez 30 minut w środowisku o pH = 12, następnie zostały wysuszone. W jednej mieszaninie 10% obj. hydrotermalnie otrzymanego składnika glinowego zastąpiono nanoproszkiem α-Al2O3 w celu wywołania efektu zarodkowania. Homogeniczne mieszaniny proszkowe zostały zaprasowane pod ciśnieniem 300 MPa i spieczone w cyklu obejmującym spiekanie swobodne w temperaturach 1130-1675 °C, a w przypadku próbek spiekanych w najwyższej temperaturze dodatkowe zagęszczanie HIP w 1600 °C. Skład fazowy wytworzonych proszków i spieków został określony za pomocą analizy XRD, natomiast mikrostruktura tych ostatnich została przedstawiona na obrazach SEM. Dodatkowo wykonano analizę DSC-TG otrzymanych proszków prekursorów. Reakcja w stanie stałym pomiędzy prekursorami tlenku itru i tlenku glinu prowadziła do otrzymania granatu itrowo-glinowego. Wykorzystanie zarodkowania heterogenicznego pozwoliło na uzyskanie wyższego zagęszczenia otrzymywanych materiałów niż w przypadku próbek niezarodkowanych, zarówno podczas spiekania swobodnego, jak i po doprasowaniu izostatycznym na gorąco i wytworzenie w pełni zagęszczonego materiału.

EN

This article presents a new method of obtaining yttrium-aluminium garnet, which uses reaction sintering with nucleation using heterogeneous nanometric α-Al2O3 particles. The first step was to obtain alumina and yttria precursors by precipitating them from nitrate solutions (aluminium and yttrium, respectively) with ammonium carbonate followed by calcination of the yttrium oxide precursor at 700 ° C, while the aluminium oxide precursor was hydrothermally treated at 130 °C for 2 h. Two stoichiometric mixtures with respect to Y3Al5O12 of the obtained powders were homogenized for 30 minutes in an environment of pH = 12, then they were dried. In one mixture, 10 vol.% of the hydrothermal aluminium component was replaced by α-Al2O3 nanopowder to induce nucleation. Homogeneous powder mixtures were pressed at a pressure of 300 MPa and sintered in a cycle consisting of natural sintering at temperatures of 1130-1675 °C and additional HIP densification at 1600 °C in the case of samples sintered at the highest temperature. The phase composition of the produced powders and sinters was determined by XRD analysis, while the microstructure of the latter was shown in SEM images. In addition, DSC-TG analysis of the obtained precursor powders was performed. The solid state reaction between the yttrium oxide and alumina precursors led to the yttrium-aluminium garnet. The use of heterogeneous nucleation allowed for a higher density of obtained materials than for non-nucleated samples, both during free sintering and after hot isostatic pressing, and production of fully dense material.

4

Precyzyjne cięcie laserem tlenku cyrkonu IV (ZrO2)

Nowak A., Wyszyński D.

Zarządzanie Przedsiębiorstwem

|

2017

|

Vol. 20, nr 2

13--19

EN

Precision laser machining of a difficult to machine materials is a complex issue and requires the involvement of the wide knowledge and experience in the field of science materials and physical phenomena occurring in the within the interaction site of the laser beam with the material workpiece. Correct selection of the laser source and equipment system with appropriate instrumentation allows the processing of materials in an efficient and cost-effective way and also allows to fulfill the requirements for treatment of the materials on a micro scale. From the analysis of the results it can be concluded that the edges resulting from laser treatment carried grooves are sharp (samples 9, 10, 11), which predisposes the type of processing to perform the blades of the cutting tools. Depth obtained in these tests grooves (single-pass laser beam) may indicate a high performance cutting process of cutting teeth. In view of the aforementioned facts, it is expected to shorten the preparation time of the cutting blade, thereby reducing production costs. As a result, it is possible to increase the competitiveness of companies doing good quality tools made lower than the standard cost-effectively, and thus this type of solution has the potential of development for native Polish enterprises, so that they offer can become complementary to the tycoons on the Polish market aspect of the production of custom, dedicated ie. “tailor-made” tools. Based on the study it can be concluded that the use of DPSS Nd: YAG laser (λ = 532 nm), with appropriate selection of process parameters for precise and efficient laser shaping of difficult to cut materials, such as described in the work - zirconium dioxide. Further studies will aim to establish guidelines for the planning process precision laser cutting of other materials from the group of difficult ones, such as PCD, diamond, Al.2O3 (sapphire) or c-BN. This is particularly important from the point of view of the precise shape of cutting tools used widely in the aerospace, automotive and carpentry.

5

The phase stability of sintered composites in Al2O3-ZrO2-Y3Al5O12 system

Lach R., Dudek A., Godek O., Duszova A., Ziąbka M., Pędzich Z.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 3

145--149

EN

In recent years the technology of manufacturing dense composite sinters with submicrometric grains in the alumina/yttria-alumina garnet (Al2O3-Y3Al5O12) system has developed. The garnet grains are very uniformly distributed in the alumina matrix due to applying special chemical methods. Such a material shows a higher hardness, comparable fracture toughness and almost a one order of magnitude lower wear susceptibility when compared to alumina sinters. The drawback of this material is its relatively low strength. This work presents the results of experiments on improving the mechanical properties of the Al2O3-Y3Al5O12 (YAG)m composite by introducing grains of another phase (tetragonal zirconia) into the alumina matrix. The sintering of such a composition demanded temperature conditions which did not exclude the possibility of yttria atom diffusion between the garnet and zirconia grains. This phenomenon strongly influenced the phase composition of the final sinters. The paper discusses the microstructure of the sinters. The influence of the starting composition and sintering conditions on the final phase composition and selected mechanical properties of sinters were investigated.

PL

W ostatnich latach opracowano technologię uzyskiwania gęstych spieków kompozytowych o submikronowym rozmiarze ziaren w układzie korund/granat glinowo-itrowy (Al2O3-Y3Al5O12), w którym ziarna granatu są niezwykle jednorodnie rozmieszczone dzięki zastosowaniu specjalnych metod chemicznych. Materiał ten cechuje się większą twardością, porównywalną odpornością na kruche pękanie oraz prawie dziesięciokrotnie mniejszym zużyciem ściernym w stosunku do spieków korundowych. Mankamentem tego tworzywa jest stosunkowo niska wytrzymałość na zginanie. Prezentowana praca przedstawia wyniki eksperymentalne prac nad poprawą właściwości mechanicznych kompozytu Al2O3-Y3Al5O12 (YAG) poprzez wprowadzenie do niego trzeciej fazy - ziaren dwutlenku cyrkonu stabilizowanego itrem. Spiekanie takiego układu przebiega w warunkach, w których możliwa jest dyfuzja itru pomiędzy ziarnami granatu i dwutlenku cyrkonu. Powoduje to trudności z utrzymaniem założonego składu fazowego tworzywa. W pracy omówiono mikrostruktury spieków. Przedstawiono także zależności pomiędzy składem fazowym i wybranymi właściwościami mechanicznymi a warunkami spiekania i składem wyjściowym kompozytów w układzie Al2O3-ZrO2-Y3Al5O12.

6

Rozpuszczalność granatu itrowo – glinowego w topniku PbO/B2O3

Sarnecki J.

Materiały Elektroniczne

|

2013

|

T. 41, nr 1

33--46

PL

Praca dotyczy analizy rozpuszczalności kryształów Y3Al5O12 (YAG) w stopionej mieszaninie PbO-B2O3. Analizę przeprowadzono wykorzystując przedstawiony przez van Erk'a model, w którym założono, że rozpuszczona faza granatu tworzy z rozpuszczalnikiem PbO-B2O3 ciecz jonową. Określono zależności między iloczynem rozpuszczalności YAG bez domieszek oraz domieszkowanego jonami ziem rzadkich i galu a temperaturą nasycenia roztworu wysokotemperaturowego, z którego zachodziła epitaksja warstw YAG. Z wyznaczonych doświadczalnie zależności określono wartość entalpii rozpuszczania kryształów YAG.

EN

This work is devoted to the analysis of the solubility of Y3Al5O12 crystals in a molten mixture of PbO-B2O3. The analysis was performed using the model proposed by Van Erk, which assumed that the dissolved garnet phase formed an ionic fluid with PbO-B2O3. The relation between the solubility product of YAG substituted by rare earth or gallium ions and non-substituted YAG and the saturation temperature of a high-temperature solution suitable for the epitaxial growth of YAG layers was determined. The value of the solution enthalpy of the YAG phase was estimated from this empirical relation.

7

Określenie koncentracji i współczynnika segregacji aktywnych jonów ziem rzadkich w warstwach epitaksjalnych i strukturach falowodowych YAG

Sarnecki J.

Materiały Elektroniczne

|

2012

|

T. 40, nr 4

35-47

PL

Korzystając z wyników pomiarów dyfraktometrycznych określono niedopasowanie sieciowe pomiędzy warstwą i podłożem w zależności od składu warstw YAG domieszkowanych jonami ziem rzadkich. Z wyznaczonych wartości różnic stałych sieciowych oszacowano koncentrację jonów ziem rzadkich domieszkujących warstwy YAG oraz określono współczynniki segregacji tych jonów. Szerokość pików dyfrakcyjnych posłużyła do oceny jakości strukturalnej warstw.

EN

Using X-ray diffraction measurements, the lattice mismatch between the layer and the substrate was determined as a function of composition of YAG layers doped with rare earth ions. The determined values of the difference between the film and substrate lattice constants allowed the estimate of the concentration of the rare earth ions in the YAG epitaxial layers and determination of the segregation coefficients of these ions. The width of the diffraction peaks was used to evaluate the structural quality of the layers.

8

Preparatyka i właściwości kompozytu Al2O3-10 % obj. YAG (Y3Al5O12)

Lach R., Haberko K.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 2

439-443

PL

Opracowano metodę preparatyki kompozytu ziarnistego w układzie Al2O3-10 % obj. granatu itrowo-glinowego (YAG). Zawiesinę ziaren α-Al2O3 z dodatkiem azotanu itru traktowano roztworem węglanu amonu. W wyniku tego doszło do wytrącenia prekursora tlenku itru. Po odfiltrowaniu zawiesinę poddano prażeniu w temperaturze 600°C otrzymując w wyniku jednorodną mieszaninę ziaren tlenku glinu i tlenku itru. Spiekanie wyprasek z proszku przygotowanego w ten sposób pozwoliło uzyskać materiał kompozytowy składający się z osnowy Al2O3 i równomiernie rozłożonych wtrąceń YAG. Zmierzono twardość, odporność na pękanie, wytrzymałość i moduł Younga kompozytu i spieku czystego tlenku glinu. Kompozyt wykazuje wyższą odporność na pękanie i twardość niż spiek czystego tlenku glinu.

EN

A preparation technique of particulate composite materials in the alumina/YAG system was elaborated. Within the alumina particles suspension, yttria precursor was precipitated with ammonium carbonate. Drying and calcination at 600°C resulted in a mixture of alumina and yttria particles, the latter being much finer than the alumina particles. This mixture was additionally homogenized by short attrition milling in an aqueous suspension. Sintering of such powders results in the materials composed of YAG inclusions of sizes smaller than shown by the alumina grains and evenly distributed within the matrix. The YAG particles result from the reaction of Y2O3 with Al2O3 during heat treatment. Hardness, fracture toughness, strength and Young modulus of the composites and pure alumina polycrystal were measured. The composites show fracture toughness and hardness essentially higher than the one observed in pure alumina polycrystals.

9

Application of mechanochemical processing to synthesis of YAG: Ce garnet powder

Michalik D., Sopicka-Lizer M., Plewa J., Pawlik T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1257-1264

EN

The paper presents the method of preparation YAG: Ce precursor powder with ability for synthesis at lower temperature. Mechanochemical processing of an initial powder mixture was used as a preliminary step for subsequent high-temperature treatment of the precursor. The specific surface area, phase composition and luminescence properties were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and photoluminescence (PL) spectroscopy. It has been shown that YAG structure formed at lower temperature by 300°C in comparison to the reference specimen but luminescence intesity was dependant on temperature of powder synthesis. The highest luminescence intensity was observed for powders synthesised at 1650°C.

PL

W artykule przedstawiono otrzymywanie proszku granatu YAG:Ce z zastosowaniem zmodyfikowanej metody reakcji w stanie stałym. Mieszanina proszków wyjściowych została poddana procesowi aktywacji mechanochemicznej celem zwiększenia jego reaktywności podczas syntezy wysokotemperaturowej. Zbadano wpływ aktywacji na powierzchnie właściwą wyjściowej mieszaniny proszków. Proszek wygrzewany w różnych temperaturach został poddany analizie fazowej (XRD) oraz obserwacji na mikroskopie skaningowym (SEM). Zbadano niektóre właściwości optyczne: absorpcje i luminescencje przy wzbudzeniu alpha=450 nm. Wykazano, że w wyniku aktywacji mechanochemicznej proszku wyjściowego YAG następuje obniżenie temperatury otrzymywania jednofazowego granatu itrowo-glinowego o 300 C, natomiast intensywność luminescencji zależała od temperatury syntezy; najwyższą uzyskano po syntezie w 1650 C.

10

Particulate composites in the Al2O3-YAG system

Lach R., Haberko K.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 4

496-499

EN

Contrary to the composites in the Al2O3–ZrO2 system, materials with Al2O3 matrix and YAG (Y3Al5O12) inclusions are much less recognized. YAG is one of the three compounds in the Y2O3-Al2O3 system of the highest alumina content. It is well known that YAG polycrystals belong to the materials of especially high creep resistance. Since coefficients of thermal expansion of YAG and alumina do not differ essentially from each other, the YAG inclusions in the alumina matrix seem to lead to a material of interesting mechanical properties. Only a few publications concern the preparation of such composites by powder sintering. In the present work Y2O3 was introduced to alumina by yttrium hydroxide precipitated within the alumina powder suspension. By low temperature calcinations a homogenous alumina/yttria mixture was received. Yttria content corresponded to 20 vol.% YAG after the reaction. It was found that at 1500oC YAG and α-alumina were the only phases present in the system. The investigation of the resulting material microstructure revealed a uniform distribution of sub-micrometer YAG particles. Hardness of the material was similar to that of dense alumina and fracture toughness (KIc ≈ 6 MPa.m1/2) was close to the observed in the case of the 3-YTZP material.

PL

W przeciwieństwie do kompozytów Al2O3-ZrO2, materiały na bazie tlenku glinu z wtrąceniami YAG (Y3Al5O12) są słabo rozpoznane w literaturze. YAG (granat itrowo-glinowy) jest fazą o najwyższej zawartości glinu wśród znanych glinianów itru. Jak dobrze wiadomo polikryształy YAG zaliczają się do materiałów o szczególnie wysokiej odporności na pełzanie. Ze względu na niewielką różnicę wartości współczynników rozszerzalności cieplnej granatu itrowo-glinowego i tlenku glinu, materiał zawierający wtrącenia YAG w matrycy Al2O3 może się charakteryzować interesującymi właściwościami mechanicznymi. Jedynie nieliczne doniesienia literaturowe dotyczą preparatyki kompozytów Al2O3-YAG drogą spiekania proszków. W prezentowanej pracy prekursor Y2O3 został wytrącony w zawiesinie Al2O3. Następnie zawiesina została wysuszona, a otrzymany proszek poddano prażeniu, dzięki czemu uzyskano jednorodną mieszaninę ziaren Al2O3 i Y2O3. Zawartość tlenku itru odpowiadała 20 % obj. YAG po reakcji. Stwierdzono, że α-Al2O3 i YAG jako jedyne fazy występują w materiale spiekanym w temperaturze 1500oC. W mikrostrukturze uzyskanych spieków obserwuje się submikronowe cząstki YAG. Wtrącenia cząstek YAG w osnowie Al2O3 podnoszą twardość materiału w porównaniu do spieków czystego tlenku glinu. Natomiast odporność na kruche pękanie (KIc ≈ 6 MPa.m1/2) jest porównywalna z wartością obserwowaną w przypadku materiału 3-YTZP.

11

Alumina-YAG micro-nanocomposites: elaboration and mechanical characterization

Palmero P., Lomello F., Fantozzi G., Bonnefont G.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 4

533-539

EN

A surface doping of commercial alpha alumina powders was performed to develop Al2O3 - 5 vol.% YAG (Y3Al5O12) composites made by micronic or highly sub-micronic alumina particles and very fine YAG grains, yielded on the alumina surface by in-situ reaction. In fact, the alumina powders were firstly dispersed in the aqueous suspension by ball-milling for different times as a function of the starting raw material and then an yttrium chloride solution was added as a precursor. After a controlled drying carried out by atomization, the modified powders were treated up to 1500oC, following the phase development by XRD. Using these results, a suitable powder pre-treatment was selected; in particular, a flash heating by soaking the powders in a furnace kept in the range 1050-1150oC was set up to control yttrium-aluminates crystallization and crystallite growth. After that, green bodies were prepared by uniaxial pressing of dried powders as well as by slip-casting of slurries having a proper solid content. Pressureless sintering was optimized by the dilatometric study up to 1500oC for 3 h. Less-conventional sintering routes, such as hot-pressing and spark plasma sintering, were also employed. The fired microstructures obtained by conventional or non-conventional densification routes were compared by SEM characterization. Finally, the sintered materials were submitted to a standard mechanical characterization (hardness and fracture toughness) in order to define the relationship between micro-nanostructural features and mechanical behaviour.

PL

Przeprowadzono domieszkowanie powierzchniowe handlowych proszków tlenku glinu odmiany alfa w celu opracowania kompozytów Al2O3 – 5 % obj. YAG (Y3Al5O12) wytworzonych z mikronowych i mocno submikronowych cząstek tlenku glinu i bardzo drobnych ziaren YAG, osadzonych na powierzchni tlenku glinu drogą reakcji in-situ. I tak, proszki tlenku glinu najpierw rozpraszano w zawiesinie wodnej drogą mielenia w młynie kulowym z zastosowaniem różnych czasów w zależności od wyjściowego materiału, a następnie dodawano w roli prekursora roztwór chlorku itru(III). Po kontrolowanym suszeniu, przeprowadzonym drogą rozpylania, zmodyfikowane proszki ogrzewano aż do 1500oC i określano skład fazowy za pomocą metody XRD. Wykorzystując te wyniki wybrano odpowiednie warunku obróbki wstępnej proszku, a w szczególności ustalono sposób błyskawicznego ogrzewania polegającego na przetrzymaniu proszków w piecu o temperaturze z zakresu 1050-1150oC, aby kontrolować krystalizację glinianów itru i wzrost krystalitów. Potem, przygotowano surowe próbki drogą prasowania jednoosiowego proszków wysuszonych, a także drogą odlewania gęstw o odpowiedniej zawartości cząstek stałych. Wykorzystując badania dylatometryczne zoptymalizowano warunki spiekania swobodnego aż na 1500oC przez 3 h. Zastosowano również mniej konwencjonalne drogi spiekania, takie jak prasowanie na gorąco i spiekanie plazmowe iskrą elektryczną. Mikrostruktury wypalonych tworzyw uzyskanych konwencjonalnym i niekonwencjonalnymi sposobami zagęszczania porównano za pomocą badań SEM. Na koniec, spieczone materiały poddano standardowej charakterystyce mechanicznej (twardość i odporność na pękanie), aby określić zależność pomiędzy cechami mikro-nanostrukturalnymi i zachowaniem mechanicznym.

12

Materiał kompozytowy w układzie Al2O3-YAG (20% obj.)

Lach R., Haberko K., Trybalska B.

Kompozyty

|

2010

|

R. 10, nr 4

362-367

PL

Do intensywnie mieszanej zawiesiny tlenku glinu wprowadzono azotan itru. Alkalizacja układu węglanem amonu doprowadziła do wytrącenia prekursora Y2O3 wśród ziaren Al2O3. Następnie zawiesinę tę wysuszono i wyprażono w temperaturze 600°C, uzyskując tym sposobem jednorodną mieszaninę ziaren Al2O3 i Y2O3. Cząstki tlenku itru były znacznie mniejsze od ziaren Al2O3. Opisaną mieszaninę poddano dodatkowej homogenizacji poprzez krótkie mielenie w młynie mieszadłowym w środowisku wody o wartości pH dobranej na podstawie pomiarów potencjału dzeta (ζ). Stwierdzono, że mieszanina przygotowana w kwaśnym środowisku (uzyskanym poprzez wprowadzanie do układu HNO3) charakteryzuje się po wysuszeniu obecnością twardych, wytrzymałych mechanicznie aglomeratów. Proszek taki nie pozwala uzyskać gęstych spieków. Z tego punktu widzenia proszki homogenizowane w środowisku alkalicznym wykazują wyraźnie lepsze właściwości, również pod względem zagęszczenia przygotowanych z nich spieków. W mikrostrukturze tych spieków obok itru (YAG), powstający wskutek reakcji Y2O3 z Al2O3. Homogenizacja proszków w środowisku o pH = 8, co odpowiada warunkom heterokoagulacji, prowadzi do spieków o bardziej równomiernie rozłożonych wtrąceniach cząstek YAG w osnowie Al2O3, niż ma to miejsce w przypadku homogenizacji proszku wyjściowego w warunkach pH = 10. Wtrącenia cząstek YAG w osnowie Al2O3 podnoszą twardość i odporność na pękanie materiału w porównaniu do spieków czystego tlenku glinu.

EN

YAG (Y3Al5O12) is one of three phases existing in the Al2O3-Y2O3. system. This compound contains the highest alumina content. So, it seems justified to assume that heat treatment of the alumina - yttria mixture, with alumina being dominating constituent should result in YAG inclusions within alumina matrix. Proportion of yttria in the present study corresponded to 20 vol. % YAG after this reaction. Yttrium nitrate, prepared by dissolving yttria in nitric acid was introduced into αAl2O3 suspension of 50 vol. % concentration. The vigorously stirred suspension was treated with (NH4)2CO3 until pH of the suspension reached value of 8.5. Under such conditions quantitative precipitation of yttria precursor occurs. Drying of the suspension and its calcination at 600°C resulted in the homogenous mixture of alumina and yttria particles. Size of the latter were several times smaller than the former ones. In order to remove agglomerates this mixture was subjected to short attrition milling in aqueous suspension of pH selected on the basis of zeta (ζ) potential measurements. It was found that acidic conditions, pH = 3, (realized with HNO3) resulted after drying in hard agglomerates. At elevated temperatures this powder showed emission of NO and NO2 coming most probably from the decomposition of aseotropic nitric acid solution filling the inter-particle space and playing the role of "glue" responsible for the high strength of agglomerates. That is why compacts of the powder homogenized under acidic conditions show poor sintering ability. Much better properties showed powders homogenized under basic condition, i.e. at pH = 8 and 10. At sintering temperatures of 1500 and 1600°C they give dense materials composed of YAG inclusions within alumina matrix. YAG particles resulted from the reaction of Y2O3 with Al2O3 during heat treatment. Microstructure of the material derived from the powder homogenized at pH = 8 is more uniform and shows smaller alumina and YAG grains than that prepared at pH = 10. As is indicated by the zeta (ζ) potential measurements, pH = 8 of the alumina/yttria suspension corresponds to the hetero-flocculation effect. Microscopic observations reveal that YAG inclusions limit grain-growth of alumina matrix compared to the pure alumina polycrystal. This effect is more visible in the material derived from the powder homogenized at pH = 8 than that at pH = 10. In both cases the materials are characterized by higher fracture toughness and hardness than that observed in pure alumina polycrystal sintered at the same temperature. It is worth to notice that KIc values approach those characteristic for yttria stabilized tetragonal zirconia (3Y-TZP), a material which is known from its high toughness.

13

Wpływ składu roztworu wysokotemperaturowego na wartościowość jonów metali przejściowych w warstwach epitaksjalnych YAG i GGG

Sarnecki J.

Materiały Elektroniczne

|

2009

|

T. 37, nr 3

30-43

PL

Określono warunki wzrostu epitaksjalnego warstw YAG i GGG zawierających wybrane jony metali przejściowych z grupy żelaza o założonej wartościowości. Warstwy osadzane metodą epitaksji z fazy ciekłej domieszkowano jonami chromu, kobaltu i niklu. Z widm absorpcyjnych warstw wynika, że koncentracja w warstwach centrów Cr4+, Cr3+, Co3+, Co2+ oraz Ni2+ i zajmowane przez te jony pozycje w sieci zależą od wyjściowego stosunku ułamka molowego w roztworze wysokotemperaturowym tlenku metalu przejściowego i tlenku jonu kompensującego ładunek. Wyznaczono wartość współczynnika absorpcji warstw w zależności od składu roztworu wysokotemperaturowego.

EN

Liquid phase epitaxy from high temperature solution was used to grow YAG and GGG epitaxial layers doped chromium, cobalt and nickel ions with required valency. Analysis of the absorption spectra shows the influence of transition metal oxide and charge compensator oxide molar ratio in the high temperature solution on the concentration and sites occupancy of Cr4+, Cr3+, Co3+, Co2+ and Ni2+ ions in YAG and GGG layers. The dependence between composition of high temperature solution and layer absorption coefficients was estimated.

14

Cerium doped yttrium aluminium garnet modified by silicon and nitrogen

Michalik D., Plewa J., Sopicka-Lizer M., Justel T.

Materiały Ceramiczne

|

2008

|

T. 60, nr 4

225-228

EN

Compound according to the general composition Y3Al(5-x)SixO(12-x)Nx, which are formally derived from the yttrium aluminium garnet Y3AI5O12 (YAG) due to the substitution of oxygen by nitrogen, are of high interest for material research and application. The required charge compensation due to the replacement of oxygen by nitrogen is achieved by the appropriate substitution of aluminum by silicon. This paper deals with the solid state synthesis and optical properties of Y3Al(5-x)SixO(12-x)Nx, samples doped by trivalent cerium and more specifically with the effect of the O/N and Al/Si ratio on the optical properties. It turned out that the incorporation of Si and N yields a red shift of the 5d-4f emission band of Ce(3+), whereby the extent of the red shift can be correlated to the composition of the host lattice.

PL

Interesującym materiałem na luminofory jest związek Y3Al(5-x)SixO(12-x)Nx, który stanowi pochodną granatu YAG z podstawieniem azotu w miejsce tlenu. Dla niezbędnego skompensowania ładunku spowodowanego tym podstawieniem zastąpiono krzemem część atomów glinu. W artykule opisany został sposób syntezy związków Y3Al(5-x)SixO(12-x)Nx , z trójwartościowym cerem jako aktywator oraz wpływ podstawień O/N i Al/Si na własności optyczne. W wyniku takiego podstawienia występuje przesunięcie emisji promieniowania w stronę większej wartości długości fali.

15

Formation of nanostructured Tb3+-doped yttrium aluminium garnets by the glycol route

Mazur P., Hreniak D., Niittykoski J., Stręk W., Hölsä J.

Materials Science Poland

|

2005

|

Vol. 23, No. 1

261--268

EN

Terbium-doped nanocrystalline yttrium aluminium garnet phases, Y3Al5O12:Tb3+ (YAG:Tb3+), were obtained by using rare-earth nitrates as the starting materials, together with citric acid and ethylene glycol according to the Pechini method. Thermogravimetric and differential thermal analysis were used to study the thermal decomposition of the precursor gels and the formation of nanocrystalline YAG:Tb3+. An increase in garnet nanocrystallite size from 20 to 40 nm with annealing temperature increasing from 800 to 1160 °C was evidenced with X-ray powder diffraction measurements. The intensity as well as the decay times of both 5D3 and 5D4 emissions of Y3Al5O12:Tb3+ were not found to depend on annealing and were thus independent of crystal size.

16

Preparation, spectroscopy and morphology of Nd:YAG nanostructures

Hreniak D., Stręk W., Mazur P.

Materials Science

|

2002

|

Vol. 20, No. 2

39-45

EN

The neodymium-doped yttrium aluminum garnet (Nd:YAG) nanocrystalline powders were prepared by sol-gel method. The synthesis of semitransparent polycrystalline ceramics is described. Their structure and morphology were studied by means of XRD and TEM methods. It was found that with increasing thermal heating the size of Nd:YAG grains increase. Optical properties of Nd3+:YAG nanocrystalline powders and ceramics are reported. The evident influence of the grain size on the luminescence of Nd3+-ions has been observed.

17

Epitaxial RE³⁺:YAG planar wavequide lasers

Malinowski M., Sarnecki J., Piramidowicz R., Szczepański P., Woliński W.

Opto-Electronics Review

|

2001

|

Vol. 9, No. 1

67-74

EN

The intereset in increasing signal speed, lowering optical losses and reducing power requirements led to the integration and miniaturisation of the optoelectronics components. Planar optical devices play an increasingly important role as the components for fibreoptic communication and optical computing systems. Their purpose is to couple, switch, modulate, amplify or generate optical signal. Recent important development is successful operation of planar wavequide amplifiers and lasers that could be easily coupled to fibre components. Several wavequide fabrication techniques are employed depending on host material, including semiconductor materials, dielectric crystals and glasses. In this work the basic problems related to active wavequide fabrication and properties will be discussed. We also report the spectroscopic and laser properties of the Nd³⁺:YAG/YAG epitaxial thin films obtained in ITME laboratory in Warsaw.