摘要以无水氯化铝、铝粉为铝源，以硝酸钇（Y(NO3)3•6H2O）和醋酸钇（Y(Ac)3·4H2O） 的混合物为钇源，水为溶剂，采用溶胶–凝胶法制备了高性能的多晶钇铝石榴石 纤维。采用 X 射线衍射、Fourier 变换红外光谱、扫描电镜和热重–差示扫描热 分析等研究了 YAG 纤维的热分解状况、结晶化过程和微观形貌的变化。结果表明： 在 840℃下热处理 2h,凝胶纤维直接由无定形态转变成 YAG 相，而没有其他相的产 生。实验制备的纯 YAG 纤维，易粉化，拉伸强度低于相同热处理温度下的纯氧化 铝纤维和共晶纤维，性能不甚佳。68576

毕业论文关键词 溶胶–凝胶法 钇铝石榴石 晶体纤维

Title Polycrystalline Yttrium Aluminum Garnet Fibers   Prepared by Sol-Gel Method

Abstract

Polycrystalline yttrium aluminum garnet fibers were prepared by sol–gel method, using anhydrous aluminum chloride, aluminum as aluminum source, a mixture of yttrium nitrate and yttrium acetate for yttrium source, water as solvent. The change of thermal decomposition, crystallization and morphology were characterized by using X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and thermo-gravi- metric–differential scanning calorimetry. It is shown that gel fibers directly change from amorphous into YAG phase by heating 2h at 840 ℃, and no other intermediate product. Pure YAG fiber prepared by experiment is easy powdery, and its tensile strength is lower than pure Al2O3 fiber’s and eutectic fiber’s after heat treatment at the same temperature. Its performance is not very good.

Keywords  sol–gel method  yttrium aluminum garnet  crystalline fiber

目 次

1 引言 1

1.1YAG的结构及性质 1

1.2YAG纤维的制备 1

1.3YAG纤维的应用 4

2 实验 7

2.1实验原料 7

2.2实验仪器 7

2.3检测仪器 7

2.4实验步骤 8

结 论 19

致 谢 20

参考文献 21

1 引言

1.1 YAG 的结构及性质

钇铝石榴石(Yttrium aluminum garnet，YAG)的化学式为 Y3A15O12，属于 Y2O3－ Al2O3 体系，属于立方晶系，是具有石榴石晶体结构的复合氧化物。钇铝石榴石以共 顶的方式由 Al-O 四面体和 Al-O 八面体组成框架结构；六个 Al-O 四面体和一个 Al-O 八面体相连（一个 Al-O 四面体与四个 Al-O 八面体相连），形成 Y 离子位于中心的十 二面体的空隙[1]。

图 1 Y2O3－Al2O3 相图[2]

钇铝石榴石晶体熔点为 1970℃[2],密度为 4.55g/cm3，具有较高的模量和强度，抗 氧化性、耐高温性和耐化学腐蚀性强，具有优越的光学性能（各向同性，没有双折射 效应)和高温力学性能（较小的高温蠕变），是目前具有抗高温蠕变性能的最好的氧化 物纤维，可作为陶瓷基复合材料和高温金属基的增强材料[3]。YAG 广泛应用在国防工 业、航空航天以及尖端科学与技术等领域。此外，稀土离子激活的 YAG 纤维具有优 良的光学性能，掺有过渡金属离子的 YAG 单晶材料作为发光材料、调 Q 材料、固态 激光材料得到广泛应用[4]。