Sintering, optical, micro- and nanostructural Characterization Of transparent and luminescent Ceramic materials (Final report RT-2013/114)

Bilateral Project between CNR ISTEC and INSA CNRS Lyon, France. Rare Earth doped ceramics constitute a class of very interesting laser materials (transparent Yb:YAG, Er:YAG or co-doped YAG), light converters in LEDs (Ce:YAG) and scintillators for medical imaging. Improving their performances requires optimizing the sintering conditions to achieve adequate microstructures. This project focused on the microstructural characterization up to the atomic level of selected laser ceramics prepared according to the previous background of the partners. The obtained informations have been exploited for optimizing the ceramic production process. Results concerned in particular the influence of the sintering conditions on the grain-boundary structure (cleanness, segregation effects) and the grain chemistry (homogeneity of the dopant distribution, impurity concentration). The following ceramic systems have been selected. 1)Yb:YAG homogeneous ceramic with various doping levels 2)Layered Yb:YAG- undoped YAG for the control of the thermal lensing 3)Er,Yb YAG co-doped system for eye-safe applications

I materiali ceramici drogati con elementi delle terre rare sono di grande interesse per applicazioni laser (ceramici trasparenti a base di Yb:YAG, Er:YAG or sistemi YAG a drogaggio misto), convertitori laser per LED (Ce:YAG) e scintillatori per applicazioni biomedicali. L'implementazione delle prestazioni di questi materiali richiede l'ottimizzazione delle condizioni di sinterizzazione e di processo per ottenere una microstruttura adeguata. Questo progetto è finalizzato alla caratterizzazione microstrutturale fino a livello atomico di una selezione di ceramici laser preparati secondo conoscenze pregresse dei partners. Le informazioni ottenute sono state utilizzate per ottimizzare il processo di produzione del materiale ceramico. I risultati hanno riguardato in particolare l'influenza delle condizioni di sinterizzazione sulla struttura dei bordi di grano (presenza o meno di fasi secondarie o fasi amorfe, effetti di segregazione) e la composizione chimica dei grani (omogeneità della distribuzione del drogante, concentrazione di impurità). Sono stati selezionati i seguenti sistemi: 1)Ceramico a base di Yb:YAG con vari livelli di drogaggio 2)Strutture stratificate a base di Yb:YAG e YAG puro per il controllo dell'effetto di lente termica 3)Ceramico a doppio drogaggio Er, Yb YAG per applicazioni eye-safe