Preparazione e caratterizzazione di ceramici trasparenti a base Cr:YAG

Dense transparent Cr:YAG ceramics were prepared using vacuum sintering (1735 °C and 1750 °C for 16 h). Numerous preparation parameters, including chemical composition (different amounts of sintering aids), homogenization processes, drying, sintering and annealing were tested. A method resulting in 73.75 % transmittance for the wavelength of 1400 nm and thickness of 1.13 mm with density of 4.55 g/cm3 is reported. The samples were characterized using scanning electron microscopy (SEM), the density of sintered samples was determined by the Archimedes method and for transparent samples, transmittance spectra were measured via spectrophotometry. The impact of the homogenization and drying processes on resulting transparency is demonstrated and a suitable suitable combination of these parameters is proposed, leading to a transparent material. An attempt to improve the thermal conductivity of Cr:YAG ceramics was made by adding metallic (tungsten and molybdenum) and aluminium nitride particles to Cr:YAG ceramics before sintering. The metallic particles did not withstand the annealing and the aluminium nitride did not withstand the sintering. However, this approach may be suitable for some type of YAG ceramics that do not have to be annealed after sintering.

Densi ceramici trasparenti a base Cr:YAG sono stati preparati tramite sinterizzazione in vuoto (a 1735°C o 1750 °C per 16 ore). Sono stati testati vari parametri del processo di produzione: composizione chimica (additivi di sinterizzazione), omogeneizzazione, essicamento, sinterizzazione e annealing. Si presenta un metodo che ha portato alla trasmittanza di 73.75 % a 1400 nm su uno spessore del campione di 1.134 mm e densità di 4.55 g/cm3. I campioni preparati sono stati caratterizzati tramite microscopia elettronica a scansione (SEM), la loro densità è stata misurata con il metodo di Archimede. Sono stati misurati gli spettri di trasmittanza dei campioni trasparenti. Si mostra l'effetto del processo di trattamento delle polveri (omogeneizzazione, essicamento) alla trasparenza dei ceramici ed è presentata una combinazione di questi parametri idonea per la produzione di materiale trasparente. Un tentativo è stato fatto per l'aumento della conducibilità termica del Cr:YAG tramite l'aggiunta di particelle metalliche (tungsteno, molibdeno) oppure di nitruro di alluminio prima della sinterizzazione. Le particelle metalliche non hanno resistito all'ossidazione durante la fase di annealing, mentre il nitruro di alluminio non ha resistito al processo di sinterizzazione. Tuttavia, l'approccio presentato può essere uttilizzato per un tipo di ceramici YAG che non richiede la fase di annealing dopo la sinterizzazione.