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近日，中國科學院上海光學精密機械研究所研究員周圣明領銜的透明陶瓷課題組在鋱鋁石榴石基(TAG)磁光陶瓷研究方面取得新進展，在國際上首次制備了ZrO₂做燒結助劑的高質量鋱鋁石榴石磁光透明陶瓷，達到國內領先、國際先進水平。相關成果相繼發表在《材料快報》(Scripta Materialia)上。

大尺寸Zr:TAG磁光陶瓷樣品

鋱鋁石榴石基透明陶瓷因其優異的磁光性能、高熱導率和高激光損傷閾值等優勢，在高功率法拉第磁光隔離器中具有重要的應用前景。但是，由于在透明陶瓷制備過程中，極易形成封閉氣孔、雜質殘留和晶界相等散射源，從而導致高功率激光輻射下嚴重的熱吸收效應，造成器件的隔離度大大降低甚至損壞器件或激光系統。對鋱鋁石榴石陶瓷光學質量的提高和散射中心的消除是目前鋱鋁石榴石基磁光陶瓷研究的焦點。研究團隊突破常規，通過引入ZrO₂作為燒結助劑，在優化真空燒結中的升溫和保溫機制的基礎上，得到了具有極大尺寸晶粒（400um）和高光學透過率的Zr:TAG磁光陶瓷。

在該項研究中，針對ZrO₂在不同燒結階段對TAG晶粒生長和相成分變化的影響進行了系統研究。發現ZrO₂一方面可以在低溫階段促進陶瓷的致密化，有利于氣孔排除；另一方面，在高于1550℃的燒結后期晶粒生長顯著加快，并且通過X射線衍射(XRD)和X射線光電子能譜(XPS)發現ZrO₂出現在樣品表面并在拋光后被消除。研究表明ZrO₂作為燒結助劑可以在燒結前中期促進燒結，在燒結末期被排出陶瓷體系，避免了在晶界中殘余而導致散射的增加，因此可以進一步提高透明陶瓷的光學質量。

參考來源：上海光學精密機械研究所

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