热等静压处理对不同化学计量比YAG:Cr陶瓷光学性能的影响及其Cr离子价态调控机制

来自俄罗斯的研究人员通过化学沉淀法合成不同化学计量比的YAG:Cr纳米粉体，系统研究了1700°C/200 MPa热等静压(HIP)处理对YAG:Cr3+/Cr4+陶瓷光学性能的影响。研究发现，当[Y2O3]/([Al2O3]+[Cr2O3])=0.6时，HIP可使1100 nm处透光率提升至84%，接近理论极限；而化学计量比偏离会缩小HIP的有效温度窗口。该研究为高性能激光陶瓷制备提供了重要工艺指导。

　　

这项突破性研究揭示了热等静压(Hot Isostatic Pressing, HIP)技术在钇铝石榴石(Yttrium Aluminum Garnet, YAG)陶瓷光学性能调控中的关键作用。科研团队采用化学沉淀法精准制备出化学计量比([Y₂O₃]/([Al₂O₃]+[Cr₂O₃]))在0.5936-0.6032区间的铬掺杂YAG纳米粉体，通过X射线衍射证实所有样品均形成单一YAG相，晶格参数精确控制在12.00956-12.01247 ?范围内。

研究团队创新性地采用1700°C高温联合200 MPa高压的HIP后处理工艺，发现该技术能显著降低化学计量比([Y₂O₃]/([Al₂O₃]+[Cr₂O₃])=0.6)样品的散射中心浓度，使1100 nm近红外波段透光率飙升至84%，几乎触及理论极限值。有趣的是，当材料中氧化铝或氧化钇过量时，HIP的优化效果会受限于真空烧结温度(T_sint)的狭窄窗口。

更引人注目的是，空气退火处理引发了Cr³⁺向Cr⁴⁺的价态转变，而HIP处理使化学计量比样品的价态转换效率提升1.2倍。这些发现为开发高性能激光增益介质提供了新思路：通过精确调控化学计量比与HIP工艺参数，可协同优化YAG陶瓷的光学性能和铬离子活性，这对下一代固体激光器的研发具有重要指导意义。