КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 18-73-00145

НазваниеКомбинированные лазерные керамики на основе иттрий-алюминиевого граната: синтез, изучение свойств и применение

РуководительКосьянов Денис Юрьевич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет", Приморский край

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2018 - 06.2020 

Конкурс№29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-603 - Фундаментальные основы создания новых металлических, керамических и композиционных материалов

Ключевые словаОксидные порошковые системы; Диффузионно-лимитированные процессы; Иттрий-алюминиевый гранат; Керамические твердые растворы; Твердофазное реакционное спекание; Уплотнение; Рекристаллизация; Комбинированная лазерная керамика; Микроструктура; Пористость; Дефекты кристаллической решетки; Оптические свойства; Лазерная генерация.

Код ГРНТИ61.35.29

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Создание современных оптических поликристаллических (керамических) материалов для нужд фотоники и лазерной техники является критическим направлением, обеспечивающим приоритетное развитие и безопасность отрасли. Соответствие наступившему, в рамках 6-го технологического уклада, периоду широкого распространения технологий производства целевых функциональных материалов требует применения передовых методов их получения, резкого снижения энергоёмкости и материалоёмкости производства, а также возможности их конструирования с заданными уникальными свойствами и эксплуатационными характеристиками. Предлагаемые в Проекте уникальные подходы в рамках керамических технологий ставят целью исключение многих принципиальных ограничений, которые накладываются традиционными методами выращивания монокристаллов на материалы для лазерных систем. В частности, это возможность формирования материалов сложной архитектуры (волоконной, ламинарно-структурированной, градиентной) в едином технологическом цикле, высокая изоморфная емкость для легирования функциональных ионов (ввиду исключения формирования жидкой фазы в процессе синтеза керамического твердого раствора), высокие механические характеристики (вследствие существенного вклада состояний межзеренных границ) и теплопроводность (в частности, для лазерных керамик Y3Al5O12:RE3+ k=10÷13 Вт/м∙K), что обеспечивает возможность масштабирования мощности лазерного излучения [1]. Создаваемые керамические лазерные элементы сложной архитектуры позволят десятикратно (в сравнении с монослойными) снизить термическое напряжение и предотвратить приведенное двойное лучепреломление. Кроме того, возможность управления профилем распределения активатора и создания многослойных структур позволят повысить эффективность накачки активного элемента и контролировать пространственную моду лазерного излучения [2]. Настоящий проект направлен на производство инновационным методом совместного реакционного вакуумного спекания промышленно значимых материалов в форме комбинированных керамик на основе иттрий-алюминиевого граната Y3Al5O12 / Y3Al5O12:RE3+ / Y3Al5O12 (RE=Nd, Yb, Er). В частности, микролазеры с диодной накачкой на основе данных материалов благодаря короткой длительности импульсов генерации, высокой пиковой мощности и хорошему качеству пучка в сочетании с малыми размерами являются перспективными для ряда практических применений (дальнометрия, микрообработка материалов, микрохирургия, телекоммуникации, космическая техника, и прочее) [2]. Нескольким научным группам из США (Naval Research Laboratory, Army Research Laboratory, Raytheon Co., Lawrence Livermore National Laboratory, VLOC Incorporated, Stanford University, Pennsylvania State University), Китая (Shanghai Institute of Ceramics) и Европы (Centre Europeen de la Ceramique, France) удалось достичь существенного прогресса в разработке новых твердотельных лазеров с активными средами на основе монослойных лазерных керамик со структурой граната Y3Al5O12:RE3+ [3]. Однако, несмотря на данные достижения, реализация лазеров с принципиально новой архитектурой активных сред (комбинированной) только набирает обороты. Существующие сообщения о получении комбинированных керамик свидетельствуют о том, что оптическое качество полученных образцов значительно уступает аналогичной однородно легированной (монослойной) керамике [4-5]. Т.е, проведенные в этом направлении исследования не позволяют раскрыть механизмы формирования беспористых керамик, их композиционной однородности, и требует фундаментальных исследований по оптимизации лазерных свойств комбинированных керамик путем инжиниринга керамического процесса. Ключевые технологические проблемы, решение которых необходимо для обеспечения дальнейшего прогресса, это повышение оптической однородности керамик, снижение оптических потерь на поглощение и рассеивание света, удаление дефектов на межфазном интерфейсе, и увеличение порога разрушения. Предлагаемый в Проекте инновационный метод совместного реакционного вакуумного спекания в рамках керамической технологии обеспечивает формирование комбинированной структуры уже на этапе компактирования исходных оксидных порошковых систем 3Y2O3–хRE2O3–5Al2O3 и 3-хY2O3–хRE2O3–5Al2O3 (RE=Nd, Yb, Er). Возможность управления параметрами мезоструктуры компактов (средний размер и распределение пор и поровых каналов по размерам, содержание "больших" пор (>0.5 от среднего размера частиц)), посредством применения разноразмерных порошковых систем с контролируемым параметром несоразмерности R (D(Al2O3) / D (Y2O3, RE2O3)) позволит определить индикаторы успешного “однородного” уплотнения в условиях термических диффузионно-лимитированных взаимодействий. Должное использование данных преимуществ обеспечит решение ключевой фундаментальной проблемы получения комбинированных керамических сред лазерного качества − согласования фазообразования и спекания различных по структурно-фазовому состоянию керамических слоев. Обобщая научный задел Руководителя в рамках синергетического подхода к спеканию [6-8], установление взаимосвязей и количественных отношений между параметрами исходных нанопорошков, условиями их спекания, микроструктурой и оптическими свойствами лазерных керамик; исследование эволюции дефектов, образующихся на различных стадиях процесса, и отработка режимов управления степенью дефектности керамики позволят создать прорывную отечественную технологию изготовления керамических активных сред для эффективных лазерных систем будущих поколений. Цель проекта: разработка физико-технологических основ создания комбинированных лазерных керамик на основе иттрий-алюминиевого граната Y3Al5O12 / Y3Al5O12:RE3+ / Y3Al5O12 (RE=Nd, Yb, Er), исследование свойств и аттестация функциональных характеристик полученного материала. В ходе выполнения проекта путем инжиниринга керамического процесса будут созданы комбинированные керамики Y3Al5O12 / Y3Al5O12:RE3+ / Y3Al5O12 (RE=Nd, Yb, Er) с идеальной структурой интерфейса, имеющие эквивалентные характеристики теплопроводности, механической прочности и оптического пропускания, в сравнении с монослойными образцами. Основным критерием оптического качества керамик будет выступать эффективность их лазерной генерации. Ожидается, что полученные комбинированные керамики Y3Al5O12 / Y3Al5O12:RE3+ / Y3Al5O12 (RE=Nd, Yb, Er) будут иметь средний размер зерна 5÷20 мкм, относительную плотность 99.999-99.9999%, остаточную пористость 10^-4 - 10^-5 об.%, толщину межзеренных границ 1-2 нм, прочность на изгиб 350÷400 МПa, твердость по Виккерсу 1500÷1550 HV, термостойкость 1300÷1550 Вт/м, и коэффициент оптических потерь не выше 0.002 см^-1. При диодной накачке будет получена максимальная средняя мощность лазерной генерации керамик более 1 Вт с оптико-оптической эффективностью не ниже 60%. [1] A. Ikesue, Y.L. Aung. Ceramic laser materials // Nat. Photon. – 2008. – V. 2. – P. 721–727. [2] M. Tsunekane, N. Taguchi, H. Inaba. Reduction of thermal effects in a diode-end-pumped, composite Nd:YAG rod with a sapphire end // Appl. Optics. – 1998. – V. 37. – P. 3290−3294. [3] A. Ikesue, Y.L. Aung, V. Lupei. Ceramic Lasers // Cambridge University Press, 2013. – 455 pp. [4] L. Ge, J. Li, H. Qu, et al. Densification behavior, doping profile and planar waveguide laser performance of the tape casting YAG/Nd:YAG/YAG ceramics // Opt. Mater. – 2016. – V. 60. – P. 221-229. [5] Y. Zhao, Q. Liu, L. Ge, et al. Tape casting fabrication and properties of planar waveguide YAG/Yb:YAG/YAG transparent ceramics // Opt. Mater. – 2017. – V. 69. – P. 169-174. [6] D.Yu. Kosyanov, V.N. Baumer, R.P. Yavetskiy, et al. Nd3+:Y3Al5O12 laser ceramics: influence of the size of yttrium oxide particles on sintering // Crystallogr. Rep. – 2015. – V. 60. – P. 299–305. [7] D.Yu. Kosyanov, R.P. Yavetskiy, V.N. Baumer, et al. Effect of Nd3+ ions on phase transformations and microstructure of 0-4 at.% Nd3+:Y3Al5O12 transparent ceramics // J. Alloys Compd. – 2016. – V. 686. – P. 526-532. [8] I.O. Vorona, R.P. Yavetskiy, A.G. Doroshenko, et al. Reactive sintering of highly-doped YAG/Nd3+:YAG/YAG composite ceramics // PAC. – 2017. – V. 11. – P. 290-295.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения комплекса научно-исследовательских работ ожидается получение следующих результатов, все из которых имеют высокую значимость для мировой науки, и будут получены впервые: 1) Будут предложены ключевые индикаторы успешного “однородного” уплотнения комбинированных порошковых компактов в рамках совместного реакционного вакуумного спекания керамик Y3Al5O12 / Y3Al5O12:RE3+ / Y3Al5O12 (Nd3+, Yb3+, Er3+); 2) Будут изготовлены образцы комбинированных лазерных керамик Y3Al5O12 / Y3Al5O12:RE3+ / Y3Al5O12, активированные редкоземельными ионами - допантами (Nd3+, Yb3+, Er3+) с равномерным объемным распределением (без концентрирования добавок по границам зерен), исследованы их оптические свойства в зависимости от объемной пористости и степени дефектности интерфейса; 3) Будут определены оптимальные технологические условия совместного реакционного вакуумного спекания комбинированных лазерных керамик Y3Al5O12 / Y3Al5O12:RE3+ / Y3Al5O12 (Nd3+, Yb3+, Er3+) и оптимальные концентрации активирующих допантов по критериям комплекса наилучших физико-механических свойств (твердость, трещиностойкость, теплопроводность), спектроскопических и излучательных свойств (положение, интенсивность и ширина линий поглощения/возбуждения и люминесценции, времена жизни, энергии активации и механизмы тушения люминесценции), и эффективности / абсолютных значений параметров лазерной генерации; 4) Будет определена деградационная стойкость (эффективность теплоотдачи, порог разрушения) опытных образцов комбинированных керамик Y3Al5O12 / Y3Al5O12:RE3+ / Y3Al5O12 (Nd3+, Yb3+, Er3+) при лазерных испытаниях, пороговая энергия накачки и максимальная средняя и пиковая мощность генерации. Ключевые функциональные характеристики синтезированных керамик будут сопоставимы с таковыми для известных мировых аналогов, а по некоторым параметрам (уровень легирования активной добавкой, содержание Ме-содержащих примесей) превышать мировой уровень. Основным практическим результатом станут экспериментальные данные, которые будут использованы в качестве научно-технологических основ при разработке передовой керамической технологии получения активных лазерных сред Y3Al5O12 / Y3Al5O12:RE3+ / Y3Al5O12 (RE=Nd, Yb, Er) как для дешевых компактных технологических лазеров, так и мощных лазерных систем. Разработанная в рамках данного Проекта технология также сможет быть распространена для изготовления более сложных активных лазерных сред, содержащих слои различного функционального назначения (в частности, цельнокерамических композитов Y3Al5O12:RE3+ / Y3Al5O12:Cr4+ для микрочипових лазеров, работающих в режиме пассивной модуляции добротности). Возможность их формирования в едином технологическом цикле позволит исключить дорогостоящий и трудоемкий процесс диффузионной сварки в случае применения монокристаллов и стекол в подобных целях. Практическое внедрение результатов Проекта будет направлено на создание отечественной элементной базы твердотельных лазеров, которая обеспечит разработку и производство современного высокотехнологичного лазерного оборудования.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
1. Изучено фазо- и структурообразование в процессе твердофазного синтеза фазы граната Y3Al5O12 на примере модельных соразмерных и разноразмерных порошковых составов 3Y2O3–5Al2O3 с R (D(Al2O3) / D (Y2O3))=0.5…5. Показано, что менее разветвленная структура поровых каналов в случае использования соразмерных порошков оксидов приводит к торможению процессов уплотнения. Компактам на основе разноразмерных частиц с R=3 характерно отсутствие микронеоднородностей и межагломератной пористости, равномерное распределение плотности в объеме в сочетании со сравнительно низким температурным порогом активации формирования фазы граната (900°С-1000°С). 2. Исследована эволюция поровой структуры компактов состава 3-хY2O3−хNd2O3−5Al2O3 (х=0-0.12) на всей траектории твердофазового синтеза твердых керамических растворов граната YAG:Nd3+ (1-4 ат.%) (до 1500°С). Оксид кремния SiO2 в количестве 0.14 вес.% использован в качестве спекающей добавки. Показано, что максимальное уменьшение величины открытой пористости в интервале 1100-1500°С (на 84÷92%) характерно для систем с концентраций неодима с(Nd3+)=1÷2 ат.%. Прозрачные лазерные керамики YAG:Nd3+ (1-4 ат.%) синтезированы методом реакционного спекания в вакууме при 1750°С в течение 10 часов. С увеличением содержания ионов активатора оптическое качество керамик несколько снижается, причем для образцов с с(Nd3+)>2 ат.% наблюдается резкое повышение интегральной пористости, среднего размера пор и их дисперсии. Возможной причиной снижения скорости уплотнения является недостаток добавки SiO2, дополнительно расходуемой на снижение уровня механических напряжений в высоколегированных твердых растворах YAG:Nd3+ при замещении ионов Y3+ на Nd3+. Образцы характеризуются коэффициентом линейного оптического пропускания 82÷80% на длине волны λ=1.064 мкм при остаточной пористости в диапазоне 0.0003÷0.0112 об.% [1]. 3. Предложена методика восстановления распределения пор по размерам в объёме прозрачных материалов по экспериментальным данным измерения размеров пор на срезе образца. Проведено сравнение методики с известными подходами, доказана ее применимость [1]. 4. Изучено влияние пред-отжига компактов состава хY2O3−хNd2O3−5Al2O3 (х=0.03) на свойства лазерных керамик YAG:Nd3+ (1 ат.%). Показано, что отжиг при > 800°С инициирует формирование фазы YAM, сопровождающееся объемным расширением. Имеющее при этом место снижение свободной энергии порошковой системы препятствует формированию керамики YAG:Nd3+ с беспористой микроструктурой. Керамики YAG:Nd3+ (1 ат.%), исходный компакт для которых отожжен при 600°C в течении 4 часов, характеризуются остаточной пористостью 0.0003 об.%, линейным оптическим пропусканием выше 81% на длине волны генерации ионов неодима (λ=1.064 мкм) и демонстрируют дифференциальный КПД около 0.68 при диодной накачке на 808 нм [2]. 5. Комбинированные керамики YAG / YAG:Nd3+ (2, 3, 4 ат.%) / YAG синтезированы методом совместного реакционного спекания в вакууме при 1750°С в течение 10 часов. Оксид кремния SiO2 в количестве 0.14 вес.% использован в качестве спекающей добавки. В образцах наблюдается значительное снижение оптического качества при увеличении концентрации неодима в легированном слое. Линейное оптическое пропускание на длине волны λ=1.064 мкм образца, содержащего 2 ат.% неодима в активном слое, составило 80.5 %, а образца с 4 ат.% неодима – 74.5 %. Рассчитанные усредненные величины остаточной пористости Nd-содержащих слоев комбинированных керамик YAG / YAG:Nd3+ (2, 3, 4 ат.%) / YAG составляют 0.0043, 0.2070, 0.0867 об.% при среднем размере пор 366, 328 и 291 нм, соответственно. Показано, что при спекании комбинированных керамик YAG / YAG:Nd3+ (>2 ат.%) / YAG слои нелегированного Y3Al5O12 сохраняют положительную динамику спекания, тогда как центральный легированный слой YAG:Nd3+ претерпевает разуплотнение. Возникающие при этом механические напряжения могут релаксировать путем генерации дефектов в легированном слое, что объясняет повышенные оптические потери в комбинированной керамике с высокой концентрацией неодима. [1] D.Yu. Kosyanov, R.P. Yavetskiy, S.V. Parkhomenko, et al. A new method of calculating the residual porosity of transparent materials // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – V.781. – Р. 892-897. doi:10.1016/j.jallcom.2018.12.130 [2] R.P. Yavetskiy, A.G. Doroshenko, S.V. Parkhomenko, et al. Microstructure evolution during reactive sintering of Y3Al5O12:Nd3+ transparent ceramics: influence of green body annealing // Journal of European Ceramic Society. – 2019. – In press. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2019.05.013

 

Публикации

1. Косьянов Д.Ю., Явецкий Р.П., Пархоменко С.В., Дорошенко А.Г., Ворона И.О., Завьялов А.П., Захаренко А.М., Ворновских А.А. A new method for calculating the residual porosity of transparent materials Journal of Alloys and Compounds, - V. 781. - P. 892-897 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.130

2. Явецкий Р.П., Дорошенко А.Г., Пархоменко С.В., Ворона И.О., Толмачев А.В., Косьянов Д.Ю., Ворновских А.А., Захаренко А.М., Майоров В.Ю., Gheorghe L., Croitoru G., Pavel N., Мултян В.В., Гайворонский В.Я. Microstructure evolution during reactive sintering of Y3Al5O12:Nd3+ transparent ceramics: influence of green body annealing Journal of the European Ceramic Society, - (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.05.013

3. Косьянов Д.Ю., Явецкий Р.П., Пархоменко С.В., Дорошенко А.Г., Ворона И.О., Завьялов А.П., Захаренко А.М., Ворновских А.А. Laser materials: A new approach to calculate the porosity 14th Laser Ceramics Symposium, Nov. 26 – 30, 2018, Okazaki, Japan: Book of Abstracts, Tu4-O-7 (год публикации - 2018)

4. Косьянов Д.Ю., Явецкий Р.П., Пархоменко С.В., Дорошенко А.Г., Ворона И.О., Завьялов А.П., Захаренко А.М., Ворновских А.А. Новый подход в расчете величины остаточной пористости лазерных керамик Сборник тезисов XVII Всероссийской молодежной научной конференции с элементами научной школы – «ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ: СИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ», С.71-72 (год публикации - 2018)

5. - FEFU young scientists developed unique method to calculate transparent materials porosity EurekAlert!, doi:10.1016/j.jallcom.2018.12.130 (год публикации - )

6. - Молодые ученые ДВФУ разработали уникальный метод расчета пористости прозрачных материалов rscf.ru, doi:10.1016/j.jallcom.2018.12.130 (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
1. Изучены спектроскопические и генерационные характеристики высоколегированных керамик YAG:Nd3+ (1-4 ат.%) в контексте выбора оптимального состава комбинированных архитектур. Интенсивность люминесценции при λ=1064 нм возрастает с увеличением концентрации ионов неодима и достигает максимума при 2 ат.%. Время жизни возбужденного состояния 4F3/2 ионов неодима снижается от 215 (1 ат.%) до 95 мкс (4 ат.%). Сделан вывод о статическом распределении ионов Nd3+ в матрице граната. Максимальная эффективность генерации была достигнута на образце YAG:Nd3+ (2 ат.%) при использовании выходного зеркала с T=0.20. В данных условиях энергия в импульсе возрастает до Ep=3.1 мДж для Epump=5.7 мДж. Зафиксированная эффективность лазерной генерации близка к лучшим образцам монокристаллов и лазерных керамик YAG:Nd3+. Повышение концентрации ионов неодима сопровождалось уменьшением дифференциальной эффективности вследствие концентрационного тушения люминесценции, что объясняется прямыми процессами кросс-релаксации между соседними ионами неодима 2. На примере модельной системы YAG / YAG:Yb3+ (15 ат.%) / YAG, полученной методом совместного реакционного вакуумного спекания при 1700-1800°С в течение 0.5-20 часов, показаны особенности конкуренции уплотнения и рекристаллизации на финальной стадии консолидации. Линейный коэффициент оптического пропускания активного слоя образцов коаксиальной керамики YAG / YAG:Yb3+ (15 ат.%) / YAG толщиной 2 мм составил >80% на λ=1100 нм для 10 часов спекания при температуре 1800°С. Данные параметры спекания обеспечили достаточную для эффективного удаления остаточных пор интенсификацию диффузионных процессов в условиях нормальной рекристаллизации. С ростом температуры до T=1850°C дополнительная интенсификация диффузионных процессов приводит к ярко выраженной аномальной рекристаллизации. Наблюдается захват “межзёренных” пор в объем кристаллитов, препятствуя их доступу к основным диффузионным путям (межзеренным границам) для повакансионного удаления. Оптимизированный режим спекания (1800°С / 10 ч) коаксиальных керамик YAG / YAG:Yb3+ / YAG лазерного качества на 50°C выше, чем при синтезе комбинированных лазерных керамик YAG / YAG:Nd3+ / YAG, полученных по той же технологии. 3. С применением неразрушающего метода спектроскопии комбинационного рассеяния (СКР) проведен детальный анализ особенностей кристаллической структуры коаксиальных лазерных керамик YAG / YAG:Yb3+ (5-15 ат.%) / YAG. Спектры КР получены при длине волны лазера λ=532 и 785 нм. Сравнительный анализ данных базы RRUFF для монокристалла YAG (http://rruff.info/general=garnet) со спектрами КР коаксиальных лазерных керамик YAG / YAG:Yb3+ (5-15 ат.%) / YAG показал, что структура YAG остается неизменной при легировании ионами Yb3+, деформации решетки (а именно, изменение симметрии кристаллитов) отсутствуют во всем исследуемом концентрационном диапазоне ≤ 15 ат.% Yb3+. 4. Проведен анализ зеренной и поровой структур образца коаксиальной керамики YAG / YAG:Yb3+ (15 ат.%) / YAG. Линейный коэффициент оптического пропускания легированного слоя составил 82.1% на λ=1100 нм, номинально “чистого” – 83.8%. При этом, средний размер зерен функциональных слоев был в диапазоне 14.6÷16.4 мкм. Показано, что ключевой причиной формирования дефектов в коаксиальной керамике является диффузия активатора в нелегированную область. При значениях среднего размера пор 178±4 нм, величины остаточной пористости возрастали в диапазоне 0.0020÷0.0065 об.% с переходом от слоя YAG к YAG:Yb3+ (15 ат.%). Ширина диффузионного профиля ионов Yb3+ на интерфейсе YAG / YAG:Yb3+ (15 ат.%) составила ~125-130 мкм. В свою очередь, для синтезированной комбинированной керамики YAG / YAG:Nd3+ (4 ат.%) / YAG данная величина варьировалась в пределах 200-230 мкм при остаточной пористости и среднем размере пор 0.0867 об.% и ~291 нм, соответственно. Ввиду двукратного уменьшения ширины диффузионного профиля при сохранении величины остаточной пористости на уровне 0.0065 об.%, высоколегированный композит YAG / YAG:Yb3+ / YAG является более предпочтительным кандидатом в активные элементы для микрочиповых лазеров в сравнении с системой YAG / YAG:Nd3+ / YAG.

 

Публикации

1. Д.Ю. Косьянов, А.А. Ворновских, А.М. Захаренко, А.Д. Тимошенко, И.О. Ворона, А.Г. Дорошенко, С.В. Пархоменко, А.В. Толмачев, В.Ю. Майоров, В.Г. Курявый Effect of Nd3+ ions on porosity of SiO2-doped 0-4 at% Nd3+:Y3Al5O12 laser ceramics on different stages of reactive sintering Functional Materials, Том 27, № 2 (год публикации - 2020)

2. Ворновских А.А., Косьянов Д.Ю., Завьялов А.П., Захаренко А.М., Явецкий Р.П., Пархоменко С.В., Дорошенко А.Г., Ворона И.О. Evaluation of the residual porosity of transparent materials XVI Conference and Exhibition of the European Ceramic Society: Book of Abstracts, ABS68, P.539 (год публикации - 2019)

3. - FEFU scientists to broaden ideas about reactive sintering of transparent ceramics Eurekalert!, doi:10.1016/j.ceramint.2017.11.192 (год публикации - )

4. - Ученые ДВФУ расширили представления о реакционном спекании прозрачных керамик dvfu.ru, doi:10.1016/j.ceramint.2017.11.192 (год публикации - )

Возможность практического использования результатов
Научные результаты, полученные при выполнении Проекта, позволили выявить закономерности фазо- и структурообразования в процессе реакционного спекания многокомпонентных оксидных нанопорошков, а также разработать принципы управления фазовым составом и микроструктурой композитных беспористых керамик на основе алюмоиттриевого граната YAG. В ходе выполнения Проекта созданы новые материалы для нужд фотоники и лазерной техники – высоколегированные композитные лазерные керамики YAG / YAG:RE / YAG (RE=Nd, Yb). Данные материалы получены методом совместного реакционного спекания в вакууме, без применения Ме-содержащий комплексных спекающих добавок, с применением серийного оборудования и широкодоступных исходных компонентов. Результаты Проекта станут научно-технической основой при создании прорывной отечественной технологии изготовления керамических активных сред как для доступных компактных технологических лазеров (в частности, микрочиповых), так и высокомощных эффективных лазерных систем будущих поколений. Микролазеры с диодной накачкой на основе данных материалов благодаря короткой длительности импульсов генерации, высокой пиковой мощности и хорошему качеству пучка в сочетании с малыми размерами востребованы для ряда практических применений (дальнометрия, микрообработка материалов, микрохирургия, телекоммуникации, космическая техника, и прочее). Среди потенциальных отечественных заказчиков данных лазерных элементов и самой технологии их создания стоит отметить организации холдинга "Швабе" (РК “Ростех”); АО “НЭВЗ-КЕРАМИКС” (АО “Роснано”); АО "Концерн ПВО "Алмаз-Антей"; группу компаний "Милон"; АО "Научные приборы". По данным каталога продукции компании Raicol Crystals Ltd., стоимость монокристаллов YAG:Nd (1 ат.%) цилиндрической формы с размерами (10)*(10-100) мм варьируется в диапазоне 400-4500 $, и является самой высокой из представленной продукции функциональных кристаллов (http://raicol.com/download-catalog).