黄光激光用Dy,Tb∶LuAG透明陶瓷的制备与性能研究

以NH_(4)HCO_(3)为沉淀剂,通过共沉淀法合成了分散性良好的Dy,Tb∶LuAG纳米粉体,并研究了前驱体的热分解行为、粉体的物相及显微形貌。在不添加任何烧结助剂的情况下,采用真空预烧结合热等静压烧结技术首次制备出高透明的Dy,Tb∶LuAG陶瓷,并研究了预烧温度对陶瓷显微形貌及光学质量的影响。当预烧温度为1600℃时,退火后的Dy,Tb∶LuAG陶瓷(厚度为1.5 mm)在578 nm处的直线透过率达到83.6%,平均晶粒尺寸为0.9μm。此外,退火后的3%Dy,1%Tb∶LuAG透明陶瓷在447 nm的吸收截面积为1.3×10^(-21) cm^(2),半高宽为3.0 nm,与商用GaN蓝色激光二极管具有良好的匹配性。研究表明,Dy,Tb∶LuAG透明陶瓷在黄光激光领域具有潜在的应用价值。

Dy^(3+)/Tb^(3+)单掺硼酸盐玻璃陶瓷的高效可见荧光发射

实验采用高温熔融-退火法分别合成了Tb^(3+)掺杂和Dy^(3+)掺杂的稀土硼酸盐玻璃陶瓷材料。XRD晶相分析表明,所制备的样品为非晶态玻璃陶瓷物质;SEM形貌分析表明,样品表面十分致密,无明显的结晶状物质;光谱特性试验结果表明,在紫外激发下,Tb^(3+)和Dy^(3+)单掺在这种新型硼酸盐玻璃陶瓷中分别发出了强烈的绿色和明亮的黄白光。该类材料在可见显示器件方面具有广阔的应用前景,可用于开发新型彩色光源、荧光显示器件、紫外传感器和可调谐可见光激光器。

定向凝固Tb-Dy-Fe合金的热处理组织与性能

采用区熔定向凝固的方法,制备〈110〉取向Tb-Dy-Fe超磁致伸缩合金晶体.用管式炉氩气保护,在900-1100℃进行4和48 h的均匀化热处理,研究了热处理对Tb-Dy-Fe合金取向、组织、磁致伸缩性能和力学性能的影响.结果表明,热处理不改变Tb-Dy-Fe合金的轴向择优取向;热处理4 h后,网状富稀土相明显退化,向颗粒状转变;热处理48 h后,网状富稀土相基本消失,形成大量颗粒状富稀土相.热处理明显提高了Tb-Dy-Fe合金样品的磁致伸缩性能,特别是提高低场磁致伸缩性能,但力学性能下降.经4 h热处理,本实验条件下制备的〈110〉取向Tb-Dy-Fe合金样品综合性能最好.

Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.95)单晶的应用研究

用提拉法磁悬浮冷坩埚技术生长的 RFe2 (Tb0 .3Dy0 .7Fe1 .95)单晶材料 ,其室温下的饱和磁致伸缩系数 λs 可达2× 10 - 3以上 ,优于同成份的定向结晶材料。采用高性能 Tb0 .3Dy0 .7Fe1 .95单晶材料 ,通过优化微位移致动器的机械、磁路参数 ,研制出具有非水冷结构的新型微位移致动器。

萃取色层法提取5～6N高纯Tb_4O_7、Dy_2O_3、Yb_2O_3和Lu_2O_3

采用萃淋树脂ＣＬ－Ｐ５０７为萃取色层的固定相，稀盐酸为淋洗剂，品位９９％的稀土氧化物为原料，载量１％（镱、镥）和１．５％（铽、镝），在室温常压、常用流速的条件下，研究淋洗酸度对分离提纯的影响，对最难提纯的镥（镱镥间的分离）采取了独特的解决办法，确定了提取５～６Ｎ纯度的铽、镝、镱和镥的技术条件。

〈110〉和〈112〉取向Tb-Dy-Fe超磁致伸缩合金的定向生长

采用区熔定向凝固方法,在30-720 mm/h生长速度范围内,均能获得(110)轴向择优取向生长的Tb-Dy-Fe合金;凝固形态随生长速度提高出现从平面晶到胞状晶、树枝晶转变;低速生长(30 mm/h)的样品磁致伸缩性能没有压力效应,高速生长(≥120 mm/h)的样品磁致伸缩性能具有明显的压力效应.低生长速度时〈110〉取向样品按双{111}系孪晶生长,高生长速度时按单{111}系孪晶生长,由此计算样品的磁致伸缩性能与实验结果基本吻合.在更高生长速度下(900 mm/h)获得沿〈112〉轴向高度择优取向的样品,其磁致伸缩性能与高生长速度〈110〉取向样品性能相当,具有明显的压力效应.

Dy^(3+)和Tb^(3+)掺杂镓硼锗硅酸盐玻璃发光性能

采用高温熔融法分别制备了高含量Tb^(3+)单掺和Dy^(3+)/Tb^(3+)共掺的镓硼锗硅酸盐(GBSG)发光玻璃,并分析了其光谱性能。根据Dy^(3+)和Tb^(3+)掺杂的镓硼锗硅酸盐(GBSG)玻璃的激发和发射光谱、荧光寿命衰减曲线等特性,探讨了Dy^(3+)与Tb^(3+)之间的能量传递关系。结果表明:玻璃的发光强度和荧光寿命随着Tb^(3+)、Dy^(3+)含量的增加而减少。与相同摩尔浓度的单掺玻璃相比,共掺玻璃发光强度的衰减速率先减慢而后加快。Tb^(3+)、Dy^(3+)离子之间的能量传递方式为无辐射共振能量传递和~4F_(9/2)+~7F_6→~6H_(15/2)+~5D_4交叉弛豫效应。

热处理对〈110〉取向TbDyFe合金磁致伸缩性能和力学性能的影响

采用区熔定向凝固方法制备〈110〉取向的TbDyFe超磁致伸缩合金,用管式炉氩气保护,在不同温度下进行2 h的均匀化热处理,研究热处理条件的变化对TbDyFe合金取向、组织、磁致伸缩性能以及力学性能的影响.结果表明:热处理不改变TbDyFe合金的轴向择优取向,热处理后网状的富稀土相向球状转变,磁致伸缩系数提高,提高的幅度在300×10-6左右,力学性能明显改善,抗压强度从225 MPa提高到256 MPa.经930℃热处理2 h后,〈110〉取向的TbDyFe超磁致伸缩合金综合性能最好.

<110>取向Tb—Dy—Fe—Co合金棒的磁致伸缩均匀性

采用区熔定向凝固方法,先以30mm/h低速生长,再以480mm/h高速生长,制备了磁致伸缩性能较为均匀的〈110〉取向Tb_(0．36)Dy_(0．64)(Fe_(1-x)Co_x)_2(x=0,0．1,0．15)合金棒．研究了不同晶体生长阶段的轴向择优取向和微观组织对磁致伸缩性能的影响．结果表明,轴向择优取向度主要影响样品在无预压应力条件下的磁致伸缩性能;富稀土相分布主要影响样品在施加预压应力条件下的磁致伸缩性能．沿合金棒轴向,从底部到顶部择优取向度逐渐增高,富稀土相由网状分布变为平行排列,造成合金棒顶部和中部的磁致伸缩性能较底部更高．磁化场为240kA/m时磁致伸缩不均匀度小于6%,显示了良好的均匀性．

<110>取向Tb-Dy-Fe超磁致伸缩材料的热处理工艺

采用区熔定向凝固方法制备了<110>轴向择优取向的Tb0.3Dy0.7Fe2超磁致伸缩合金,在真空管式炉氩气保护条件下,对合金进行不同温度和时间的热处理,研究了不同处理时间、处理温度、冷却条件对该合金取向、组织、磁致伸缩性能以及力学性能的影响。结果表明:热处理不改变定向凝固形成的轴向择优取向;经930℃×2 h热处理后,网状的富稀土相基本转变为球状并均匀分布在基体相内,定向凝固形成的片层状组织发生退化,减小了REFe2相的磁畴在磁场中转动的阻力。细小的球状富稀土相均匀弥散分布在基体相内,减少了应力集中,因此提高了磁致伸缩性能和压缩强度;定向凝固Tb-Dy-Fe合金采用930℃×2h热处理后随炉冷却的工艺可以获得良好的综合性能,其饱和磁致伸缩为1226×10-6,压缩强度为256 MPa。

元素Zr添加对铸态Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.95)合金组织与磁致伸缩性能的影响

采用高真空电弧炉制备了Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xZrx(x=0、0.03、0.06、0.09)合金,研究了不同Zr含量Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xZrx(x=0、0.03、0.06、0.09)合金的晶体结构、微观组织及磁致伸缩性能。结果表明添加Zr后的Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xZrx(x=0.03、0.06、0.09)合金基体相仍保持为MgCu2(C15型)立方Laves相结构,Zr添加后取代了Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金中的稀土原子Tb、Dy而使晶格常数减小。添加Zr后,初生相ZrFe2的形成使得凝固液体富稀土从而抑制了RFe3有害相的生成,Zr在基体相RFe2中有限固溶而在富稀土相Re中不溶。初生相ZrFe2(C15型)可溶于与自身结构相同的RFe2(C15型)相中形成(Re、Zr)Fe2相。当Zr含量x=0.09时,Zr的溶解过饱和,从而在(Re、Zr)Fe2基体相上析出了富Zr相。Zr的添加量x对磁致伸缩的影响很大,少量Zr的添加对磁致伸缩的提高有利,但当含量x=0.09时,由于富Zr相,富Re相的析出对磁致伸缩的提高不利,但相对于Tb0.3Dy0.7Fe1.95母合金有少量提高。

粉末烧结法制备Al/Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.95)磁致伸缩复合材料

采用粉末烧结法制备了Al/Tb0.3Dy0.7Fe1.95磁致伸缩复合材料,研究了烧结温度对烧结体的显微结构、相组成、磁致伸缩、抗压强度等性能的影响。研究结果表明,600℃烧结时,烧结体中仍主要存在Al与GMM合金相,烧结获得较理想的相分布状态。随着烧结温度的增加,复合体中非GMM相越来越多,原始相减少。当1200℃烧结时,烧结体中主要存在杂相,已几乎没有GMM相。随着烧结温度的增加,复合材料的λs和抗压强度明显下降,烧结温度为600℃时,烧结体的λs和抗压强度最大,分别为405×10-6和61.71MPa。其不足是,复合材料仍呈现明显的脆性特征。

Tb_(0.27)Dy_(0.73)Fe_(1.95)合金定向凝固时的固液界面形貌与择优取向

在自制的超高温度梯度定向凝固装置中,通过对Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金定向凝固条件和固液界面形貌及晶体生长取向间的关系进行分析,发现Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金定向凝固时发生胞枝转变的的凝固条件为GL/V值介于9.60×102K.s/mm2～10.45×102K·s/mm2之间.固液界面形貌与晶体取向间有明显的对应关系,固液界面形貌为胞状晶或无侧向分枝的树枝晶时其择优取向为〈110〉,结晶形貌为树枝晶时其择优生长方向为〈112〉,而在胞-枝转变区晶体为〈110〉,〈112〉,〈113〉等多种取向的混合.当Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金以较低的晶体生长速率定向凝固时易产生〈110〉择优生长方向,并且产生〈110〉择优生长方向时的晶体生长速率范围随温度梯度的增加而扩大.

Al替代Fe对<110>取向Tb-Dy-Fe合金显微组织、磁致伸缩性能和力学性能的影响

采用区熔定向凝固方法制备<110>取向的Tb0.3Dy0.7(Fe1 xAlx)2(x=0,0.05,0.10,0.15)超磁致伸缩合金,研究不同含量Al原子替代Fe原子对于合金微观组织、磁致伸缩性能和力学性能的影响。结果表明:Al原子替代不改变定向凝固样品形成的<110>轴向择优取向,合金依然保持MgCu2型立方Laves相和部分稀土相结构。随着Al含量的增加,黑色RE(FeAl)2相和白色富稀土RE(Al)相的析出数量、尺寸及分布发生变化。微量Al原子(x≤0.05)替代可以显著提高材料低磁场下的动态响应及饱和磁致伸缩系数,随着Al含量进一步提高,合金系饱和磁致伸缩系数降低。Tb0.3Dy0.7(Fe1 xAlx)2(x=0,0.05,0.10,0.15)合金的压缩强度随着Al原子含量增加而增加,合金发生解理断裂。当Al替代量x≤0.1时,合金具有良好的综合性能。

Dy^(3+)对Tb^(3+)激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃发光性能的影响

采用高温熔融法制备了Dy^(3+)或Tb^(3+)单掺和Dy^(3+)/Tb^(3+)共掺硅酸盐氟氧闪烁玻璃。通过对傅里叶变换红外光谱、透射光谱、光致激发和发射光谱、 X射线激发发射光谱及荧光衰减曲线的分析,研究Dy^(3+)与Tb^(3+)之间的能量传递关系以及Dy^(3+)对Tb^(3+)激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃发光性能的影响。实验结果表明:Dy^(3+)/Tb^(3+)共掺硅酸盐氟氧闪烁玻璃具有较高的密度和良好的可见区透过率,玻璃的网络结构是由[SiO_4]四面体和[AlO_4]四面体连接构成。在紫外光激发时, Dy^(3+)单掺玻璃的发光源于Dy^(3+)的~4F_(9/2)→~6H_(15/2)(483 nm),~6H_(13/2)(576 nm)的跃迁发射,而Tb^(3+)单掺玻璃的发光则源于Tb^(3+)的~5D_4→~7F_6(489 nm),~7F_5(544 nm),~7F_4(586 nm)和~7F_6(623 nm)的跃迁发射。对于Dy^(3+)/Tb^(3+)共掺玻璃,发射光谱则主要由Tb^(3+)的荧光发射组成。通过对不同波长紫外光激发的发射光谱分析发现, Dy^(3+)/Tb^(3+)共掺闪烁玻璃中存在多种形式的能量传递。在以Dy^(3+)的特征激发452 nm为激发波长时, Tb^(3+)单掺玻璃的发光很弱。但随着Dy^(3+)的引入,通过~4F_(9/2)(Dy^(3+))→~5D_4(Tb^(3+))的能量传递, Tb^(3+)发光得到敏化增强。Dy^(3+)/Tb^(3+)共掺玻璃的发光强度随着Dy_2O_3含量的增多而增强, Dy_2O_3含量为1 mol%时达到最大,更高Dy_2O_3含量的样品由于Dy^(3+)的浓度猝灭,减少了向Tb^(3+)的能量传递,发光强度减弱。当激发波长减小到350 nm时, Dy^(3+)和Tb^(3+)均被激发到更高的能级~6P_(7/2)(Dy^(3+))和~5L_9(Tb^(3+)),此时除了~4F_(9/2)(Dy^(3+))→~5D_4(Tb^(3+))的能量传递外,还出现了~5D_4(Tb^(3+))→~4F_(9/2)(Dy^(3+))的能量回传。Dy^(3+)掺杂浓度较低时, Dy^(3+)→Tb^(3+)能量传递作用较强, Tb^(3+)发光得到敏化增强。随着Dy_2O_3含量的增多, Tb^(3+)→Dy^(3+)能量传递作用增强。当Dy_2O_3含量超过0.4 mol%时, Tb^(3+)→Dy^(3+)能量传递强于Dy^(3+)→Tb^(3+)能量传递,减少了Tb^(3+)的辐射跃迁发光,因此Dy^(3+)/Tb^(3+)共掺玻璃的发光强度开始减弱。由于Gd^(3+)向Dy^(3+)或Tb^(3+)均可进行有效的能量传递,因此在以Gd^(3+)的特征激发274 nm为激发光时, Dy^(3+)/Tb^(3+)共掺玻璃中出现了Dy^(3+)和Tb^(3+)对Gd^(3+)传递能量的竞争。随着Dy_2O_3含量的增多, Tb^(3+)所获得的能量不断减少,同时伴随着Tb^(3+)→Dy^(3+)能量回传和Dy^(3+)之间的无辐射交叉弛豫作用, Dy^(3+)/Tb^(3+)共掺玻璃的发光强度不断减弱。对Dy^(3+)/Tb^(3+)共掺闪烁玻璃中Tb^(3+)的~5D_4→~7F_5荧光衰减曲线分析还发现,随着Dy_2O_3含量的增多, Tb^(3+)的荧光寿命从2.24 ms缩短到1.15 ms,曲线从单指数形式变为双指数形式,进一步证明玻璃中存在~5D_4(Tb^(3+))→~4F_(9/2)(Dy^(3+))的能量回传。X射线激发发射光谱显示, Dy^(3+)的引入对Tb^(3+)激活闪烁玻璃的辐射发光具有很强的负面影响,而这种负面影响不足以通过Dy^(3+)→Tb^(3+)能量传递来弥补,因此Dy^(3+)/Tb^(3+)共掺玻璃的辐射发光强度随着Dy_2O_3含量的增多而不断减弱。由此可见,在Tb^(3+)激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃中,不宜将Dy^(3+)作为敏化剂,用于增强Tb^(3+)的发光。

CaWO_4∶Eu^(3+),M^(3+)(M=Tb,Sm,Bi,Dy)的水热合成及发光性能研究

利用水热合成法制备CaWO4∶Eu3+以及CaWO4∶Eu3+,M3+(M=Tb,Sm,Bi,Dy)系列钨酸盐基荧光粉,利用XRD表征产物CaWO4∶Eu3+(5%)的晶体结构,结果表明其结构和CaWO4的标准物相结构相似,为四方晶系结构;研究了CaWO4∶Eu3+的发光性能以及第二掺杂离子M3+(M=Tb,Sm,Bi,Dy)对荧光粉发光性能的影响,结果表明,在273 nm紫外光激发下,掺入Tb3+和Sm3+离子对CaWO4基质发光强度没有明显影响,但能增强荧光粉中Eu3+离子617 nm处的红光发射强度;掺入Bi3+和Dy3+离子能明显降低CaWO4基质的发光强度,同时能增强荧光粉中Eu3+离子617 nm处的红光发射强度。

合金Pr_(0.15)Tb_(0.30)Dy_(0.55)Fe_(1.85)C_x的结构和磁致伸缩

用电弧炉熔炼法制备了Pr0．15Tb0．30Dy0.55Fe1．85Cx（x=0．0～0．1）合金。分别采用X射线衍射（XRD）、振动样品磁强计（VSM）和应变仪分析了合金的结构、居里温度和磁致伸缩。研究发现，所有样品均呈现单一MgCu2型Laves相结构；随C含量的增加，晶格常数增大、居里温度增高；C元素的引入，对合金的磁致伸缩和磁晶各向异性能产生了一定的影响。

TbxDy_(1-x)Fe_(1.95)合金不同晶体方向的磁致伸缩应变

本文根据应力各向异性、磁晶各向异性和磁矩转动技术磁化过程的原理，计算了不同取向单晶体的磁致伸缩应变理论值。在理想条件下，〈１１１〉轴向取向晶体的磁致伸缩性能最好；〈１１０〉和〈１１２〉取向性能相同，都比〈１１１〉稍差；〈１１３〉取向的性能最差；同时测量了低场下不同取向Ｔｂ－Ｄｙ－Ｆｅ多晶体的磁致伸缩性能，发现在低场下。

Tb^(3+)/Dy^(3+)共掺杂磁光玻璃的制备及性能研究

为增加磁光玻璃中稀土氧化物的含量,进一步提高Verdet常数,选择Ga2O3-B2O3-SiO2(GBS)系统,采用熔融淬冷法,制备了高稀土氧化物含量的Tb3+/Dy3+共掺杂磁光玻璃,并研究了玻璃的形成能力及物理化学性质。结果表明:Tb3+/Dy3+共掺杂GBS玻璃的稀土含量高达45%(摩尔分数,下同),高于单掺杂Tb3+时的35%,其Verdet常数也由104.76rad/(T·m)提高至119.31rad/(T·m)。这证明了稀土氧化物玻璃的顺磁性不仅与单位体积内有效磁子的数量有关,而且与磁矩有关;GBS玻璃的热稳定性随着稀土氧化物掺量的增加,呈现先提高后降低的趋势。

热处理对Tb-Dy-Fe合金声速和弹性模量的影响

本文研究了＜１１２＞轴向取向Ｔｂ０３１Ｄｙ０６９（Ｆｅ１９５Ｍ００５）１９５（Ｍ＝Ｍｎ，Ａｌ等）合金的声速和弹性模量与外加磁场的关系。随着磁场强度的增加，弹性模量和声速逐渐降低，在１０ｋＡ／ｍ时达到最小，随后逐渐增加。在９５０～１０８０℃热处理３ｈ，在相同磁场下材料的声速和弹性模量达到最低值。