Otrzymywanie ceramiki przezroczystej z CaF₂ z wykorzystaniem techniki Hot Isostatic Pressing-HIP

• Autorzy: Krzysztof Perkowski , Magdalena Gizowska , Milena Zalewska , Izabela Kobus , Gustaw Konopka , Marcin Osuchowski , Irena Witosławska

Warianty tytułu

Fabrication of CaF₂ transparent ceramics using Hot Isostatic Pressing-HIP

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

W niniejszej publikacji przedstawiono badania dotyczące otrzymywania przezroczystej ceramiki z fluorku wapnia. W pracy zastosowano dwa rodzaje proszku CaF₂ , które zostały scharakteryzowane pod względem składu fazowego metodą XRD, morfologii przy użyciu elektronowego mikroskopu skaningowego, wielkości cząstek, a także pod względem stabilności termicznej metodą DTA-TG do 600ºC w atmosferze powietrza syntetycznego. Pierwszy z proszków firmy Sigma-Aldrich charakteryzował się średnim rozmiarem cząstek/aglomeratów Dv50 na poziomie 20,3 μm, natomiast proszek firmy ABCR odznaczał się większym/szerszym rozkładem cząstek, a Dv50 wynosiła 8,9 μm. Oba proszki wykazują silną aglomerację, co zostało potwierdzone w trakcie badań za pomocą SEM. Rentgenowska analiza fazowa wykazała obecność fazy regularnej w przypadku obu proszków. Badanie termograwimetryczne wykazało dla drobniejszego proszku fluorku wapnia (firmy ABCR) obecność zanieczyszczenia, które zostało zanalizowane jako pozostałość węgla po syntezie. Oba surowce były spiekane w zakresie temperatur 900-1350ºC w atmosferze argonu lub próżni. Dodatkowo próbki były dogęszczane w wysokotemperaturowej prasie izostatycznej przy ciśnieniu argonu wynoszącym 2000 barów i temperaturze 1300ºC. W artykule przedstawiono rezultaty badań przewodnictwa cieplnego materiału domieszkowanego (2%at. Yb), jak i nie domieszkowanego fluorku wapnia. W pracy przedstawiono widma fluorescencyjne próbek CaF₂ domieszkowanych fluorkiem iterbu w ilości 2% at. (abstrakt oryginalny)

EN

The paper presents the research on obtaining a transparent ceramics made from calcium fluoride. The researchers used two types of calcium fluoride powders which were characterized by XRD (phase content), SEM (microstructure), grain size analysis and thermal analysis DTA-TG, with temperature up to 600ºC in atmosphere of synthetic air, so as to define a temperature of decomposition. The raw materials used were different in terms of grain size. Powder (under symbol C1) provided by Sigma-Aldrich has an average grain/agglomerate size Dv 50 at the level of 20,3 μm, whereas powder (under symbol C2) provided by ABCR has a wider range of grain/agglomerate size distribution and Dv 50 was 8,9 μm. A strong tendency to agglomeration was proved by SEM analysis. X-ray phase analysis indicated a cubic phase in case of both powders. Differences between materials were noticed during thermogravimetric analysis, where for powder provided by ABCR some contamination was observed, which was analyzed as residual carbon after synthesis. For the purpose of further research, cylindrical samples were obtained by die-pressing method from both powders and sintered in temperature range of 900-1350ºC, in protective atmosphere of argon or vacuum. Additionally, the samples were densificated by hot isostatic pressing under pressure of 2000 bar of argon and temperature 1300ºC. The results of thermal conductivity and fluoresces spectrum of raw calcium fluoride and doped with ytterbium (2% at.) were shown in this paper. (original abstract)

Słowa kluczowe

PL

Wyroby ceramiczne; Materiałoznawstwo; Technologia

EN

Ceramic products; Materials science; Technology

• Czasopismo: Szkło i Ceramika
• Rocznik: 2016
• Numer: nr 4
• Strony: 19--23

Twórcy

autor

Krzysztof Perkowski

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie

autor

Magdalena Gizowska

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie

autor

Milena Zalewska

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie

autor

Izabela Kobus

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie

autor

Gustaw Konopka

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie

autor

Marcin Osuchowski

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie

autor

Irena Witosławska

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie

Bibliografia

• Hatch S. E., Parsons W. F., Weagley R. J. (1964), Hot-Pressed Polycrystalline CaF2:Dy2+ Laser, "Applied Physics Letters", 5 (8), 153
• Aubry P., Bensalah A., Gredin P., Patriarche G., Vivien D., Mortier M. (2009), Synthesis and optical characterizations of Yb-doped CaF₂ ceramics, "Optical Materials", 31 (5), 750
• Wang Y., Ohwaki H. (1993), New transparent vitroceramics codoped with and Yb₃₊ for efficient frequency upconversion, "Applied Physics Letters", 63 (24), 3268
• Mortier M., Auzel F. (1999), Rare-earth doped transparent glass-ceramics with high cross-sections, "Journal of Non-Crystalline Solids", 256-257, 361
• Petit V., Doualan J. L., Camy P., Menard V., Moncorgé R. (2004), CW and tunable laser operation of Yb₃₊ doped CaF₂ , "Applied Physics B: Lasers & Optics", 78, 681
• Lucca A., Debourg G., Jacquemet M., Druon F., Balembois F., Georges P., Camy P., Doualan J. L., Moncorgé R. (2004), High-power diode-pumped Yb₃₊: CaF₂ femtosecond laser, "Optical Letters", 29 (23), 2767
• http://crystalgmbh.com/shared/downloads/datenblaetter/optics_de/Kalziumfluorid_Calcium_Fluoride_CaF2.pdf (dostęp 23.07.2016)
• Parker W. J., Jenkins R. J., Butler C. P., Abbott G. L. (1961), Flash Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity, and Thermal Conductivity, "Journal of Applied Physics", 32 (9), 1679-1684
• Auzel F. (2004), Upconversion and Anti-Stokes Processes with f and d Ions in Solids, "Chemical Reviews", 104, 139-173