激光材料之王：为何陶瓷成首选？

目前常用的固体激光基质材料有三种主要类型：玻璃、单晶和陶瓷。在这些材料中，陶瓷因其低热膨胀系数和低折射率等特性，受到高功率激光器青睐。高功率激光器的使用会产生热梯度，而热梯度会导致光束畸变或热双折射，从而影响激光束的质量。因此，具有低热膨胀系数和低折射率的陶瓷材料是理想的激光工作物质。

过去，一些高性能和组分复杂的陶瓷无法在激光技术中应用，因为稀土金属在陶瓷中的组成不同、陶瓷与坩埚的相互作用、相变和溶解性差等问题会影响其他应用。然而，随着加工技术的进步，现在已经有多种可行的透明陶瓷合成方法。制备的陶瓷材料表面呈单晶状，原子水平上呈多晶状，晶界干净且微薄，没有气孔和杂质，具有高度透明性，非常适合产生激光束。此外，陶瓷材料还可以掺杂不同的稀土元素，制成各种复杂的形状，大大增加了其实用性。

总体而言，激光陶瓷具有以下优点：制备时间短，烧结装置无需贵金属材料，烧结无需在高纯保护性气氛下进行，制备成本低；可以制备大尺寸、形状复杂的材料；陶瓷中掺杂粒子浓度高，从整体上看掺杂粒子的分布均匀；陶瓷烧结的温度比晶体的熔点低许多，制备出的陶瓷其组分偏离小；陶瓷能够做成多层材料进行烧结，有可能发展出多功能陶瓷。

相比之下，玻璃基质虽然能制备大尺寸样品，但其热导率太低，难以实现大功率激光器；单晶的热导率高于玻璃，但单晶生长周期长、成本昂贵，难以获得高品质、大尺寸的晶体。

激光陶瓷的种类包括氧化物陶瓷、氟化物陶瓷（包括Ⅱ-Ⅵ族化合物陶瓷）和金属酸化物陶瓷等三类。

激光陶瓷的制备是在一定的温度和环境气氛下将纳米级粉体烧结，使粉体颗粒凝结形成晶粒结合体，由多孔体变成致密体。在陶瓷中，激活离子随机分布在晶粒的内部与表面，没有明显的偏聚现象。激活离子受到晶场作用、能级结构和电子能级跃迁等因素的影响，类似于晶体中的情况。

科技一直在进步，随着对激光陶瓷研究范围的扩大与深入，相信一定会出现比现有材料更优越的激光陶瓷材料，从而使固体激光器得到更广泛的应用。我们壹晨激光将在这个领域不断努力，成为工业激光焊接应用领域最权威的制造商！

审核编辑 黄宇