激光材料之王：為何陶瓷成首選？

目前常用的固體激光基質(zhì)材料有三種主要類型：玻璃、單晶和陶瓷。在這些材料中，陶瓷因其低熱膨脹系數(shù)和低折射率等特性，受到高功率激光器青睞。高功率激光器的使用會產(chǎn)生熱梯度，而熱梯度會導(dǎo)致光束畸變或熱雙折射，從而影響激光束的質(zhì)量。因此，具有低熱膨脹系數(shù)和低折射率的陶瓷材料是理想的激光工作物質(zhì)。

過去，一些高性能和組分復(fù)雜的陶瓷無法在激光技術(shù)中應(yīng)用，因為稀土金屬在陶瓷中的組成不同、陶瓷與坩堝的相互作用、相變和溶解性差等問題會影響其他應(yīng)用。然而，隨著加工技術(shù)的進步，現(xiàn)在已經(jīng)有多種可行的透明陶瓷合成方法。制備的陶瓷材料表面呈單晶狀，原子水平上呈多晶狀，晶界干凈且微薄，沒有氣孔和雜質(zhì)，具有高度透明性，非常適合產(chǎn)生激光束。此外，陶瓷材料還可以摻雜不同的稀土元素，制成各種復(fù)雜的形狀，大大增加了其實用性。

總體而言，激光陶瓷具有以下優(yōu)點：制備時間短，燒結(jié)裝置無需貴金屬材料，燒結(jié)無需在高純保護性氣氛下進行，制備成本低；可以制備大尺寸、形狀復(fù)雜的材料；陶瓷中摻雜粒子濃度高，從整體上看摻雜粒子的分布均勻；陶瓷燒結(jié)的溫度比晶體的熔點低許多，制備出的陶瓷其組分偏離小；陶瓷能夠做成多層材料進行燒結(jié)，有可能發(fā)展出多功能陶瓷。

相比之下，玻璃基質(zhì)雖然能制備大尺寸樣品，但其熱導(dǎo)率太低，難以實現(xiàn)大功率激光器；單晶的熱導(dǎo)率高于玻璃，但單晶生長周期長、成本昂貴，難以獲得高品質(zhì)、大尺寸的晶體。

激光陶瓷的種類包括氧化物陶瓷、氟化物陶瓷（包括Ⅱ-Ⅵ族化合物陶瓷）和金屬酸化物陶瓷等三類。

激光陶瓷的制備是在一定的溫度和環(huán)境氣氛下將納米級粉體燒結(jié)，使粉體顆粒凝結(jié)形成晶粒結(jié)合體，由多孔體變成致密體。在陶瓷中，激活離子隨機分布在晶粒的內(nèi)部與表面，沒有明顯的偏聚現(xiàn)象。激活離子受到晶場作用、能級結(jié)構(gòu)和電子能級躍遷等因素的影響，類似于晶體中的情況。

科技一直在進步，隨著對激光陶瓷研究范圍的擴大與深入，相信一定會出現(xiàn)比現(xiàn)有材料更優(yōu)越的激光陶瓷材料，從而使固體激光器得到更廣泛的應(yīng)用。我們壹晨激光將在這個領(lǐng)域不斷努力，成為工業(yè)激光焊接應(yīng)用領(lǐng)域最權(quán)威的制造商！

審核編輯 黃宇