激光陶瓷
激光陶瓷
激光陶瓷引言激光透明陶瓷是在近年来蓬勃发展起来的新型激光材料，目前，市场上激光材料以Nd:YAG(钕钇铝石榴石)单晶和钕玻璃为主。
透明陶瓷作为激光材料，和单晶比:具有掺杂浓度高、掺杂均匀性好、烧结温度低、周期短、成本低、质量可控性强、尺寸大、形状自由度大、可以实现多层、多功能激光器;和玻璃比:单色性好、结构组成更为理想、热导率高、可承受的辐射功率高。
作为激光工作物质的陶瓷材料。
如掺钕的透明氧化钇陶瓷。
在Y2O3(三氧化二钇)中加入少量ThO2(二氧化钍)和微量Nb2O5(五氧化二铌)。
它比激光玻璃材料导热性能好，比单晶激光材料容易制造，便于制成大尺寸。
有可能做成中等增益的高平均脉冲功率的激光物质中国、美国和欧洲很多国家的科研工作者都投身到激光陶瓷的研究中去，大家关注的不仅是激光陶瓷的制备技术，还包括未来固体激光技术的发展。
中科院上海硅酸盐研究所经过6年数百次实验，终于研制出国内第一块“透明陶瓷之王”——激光陶瓷，使我国成为世界上继日本之后第二个掌握激光陶瓷材料制备专利技术的国家。
通常，陶瓷都不是透明的，这是因为普通陶瓷中充满着无数微气孔。
这些气孔会对光线产生极强的折射和散射，致使几乎所有光线都无法通过陶瓷。
如果能把这些气孔赶走，陶瓷就能变得如玻璃般晶莹剔透这块“上海制造”的透明陶瓷采用高纯纳米原料，经过球磨混合、煅烧干燥等工艺，在1650?-1780?真空条件下保温10小时以上烧结而成，尺寸仅为3×3×3立方毫米。
从外观上看，这块黄豆大小的陶瓷完全可与玻璃以假乱真。
而它的不寻常之处更在于，能在短时间内射出一道炫目激光。
据上海硅酸盐研究所研究员潘裕柏介绍，在一般应用中，由透明陶瓷的微结构所带来的轻微折射，并不影响其透光率，但当方向性极强的激光穿过透明陶瓷时，任何微小的折射都会使光线急转弯，造成致命误差。
因此，激光陶瓷从最基本的单元“晶胞”开始，就与众不同，而这正是新材料领域比拼国家科研实力的“试金石”。
国内首块激光陶瓷研制成功
瓷复 合材 料 。这种 复 合材 料 具 有相 当好 的特 性 ，可 根据 客
户 特 殊应 用 需 要定 制 成 型 ，比 如需 要 高强 度 的超 低 密度 材
料。 Biblioteka 陶 瓷刹 车片 改善 制动性 能
鲁 ” ，土 生 土 长 的 徽 商 ，一 个 鲜 明 的特 点 是 “贾 而 好
陶 瓷刹 车 片 的制 动 能 力要 强 于 传统 刹 车片 ，并且 还 很
些气 孔赶 走 ，陶 瓷就 能变得 如 玻璃 般 晶莹剔 透 。
这 块 “ 海 制造 ” 的透 明 陶瓷 采 用高 纯 纳 米原 料 ，经 上 过 球 磨混 合 、煅烧 、干燥等 工 艺 ，在１ ５ ６ ０～１ ８ ℃真 空条 ０ ７ 件 下 保 温 １ ｈ 上 烧 结 而 成 ，尺 寸 仅 为 ３ ０以 ｍｍ×３ ｍｍ×
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想观念 上 的崇 儒重 儒 。 “ 书 好 营 商 好 效 好 便 好 ；创 业 难 守 业 难 知 难 不 读
中科 院上 海硅 酸盐 研究 所 经过６ 数百 次实 验 ，终于 研 年 制 出 国 内第 一 块 “ 明 陶瓷 之王 ”一一 光 陶瓷 ，使我 国成 透 激 为 世界 上 继 日本 之 后第 二个掌 握 激 光 陶瓷 材料 制 备专 利技
据 于 天 国介 绍 ， “ 下 第一 联 ”是乾 隆 年 间 的作 品 ， 天
由唐 英 手 写后 ，以雕 刻 瓷 板 书 法 的形 式 加 上 木 框 镶 坎 而 术 的 国家 。通 常 ，陶瓷 都 不是 透 明 的 ，这是 因为 普通 陶 瓷 成 。此 联 属乾 隆 末年 风格 ，由鸿福 唐 制 作 ，全联 共 二十 个 中充满 着 无数 微 气 孔 。这 些气 孔 会对 光线 产 生 极 强 的折射 字 ，采 用 国产 珠 明青 花料 ，绘 上 青花 花 草纹 饰 ；其 风 格 洁 和散 射 ，致 使 几 乎所 有 光线 都 无 法通 过 陶 瓷 。如果 能 把这 素 淡雅 、清 新 脱俗 ，落款 用 宝 石蓝 点 缀 ，使 其锦 上 添 花 ， 是清朝 中期稀 有佳 作之 一 。
陶瓷加工中激光技术的应用
激光切割机非常适合在薄陶瓷上钻孔，切割或者结构处理。例如，使用红外超短脉冲激光器可以以高达10mm/秒的速度切割0.3mm厚的氧化锆板，超短脉冲可产生平滑、无ห้องสมุดไป่ตู้纹的切割边缘。
工程陶瓷经常会用于暴露在高温或要求耐磨损的零部件上。在许多应用中，对材料的电绝缘性很高。最常见的工程陶瓷材料有氧化铝、氮化铝和氧化锆。鉴于超短脉冲锐利的聚焦特性，它们非常适用于打孔：能在0.5mm厚的氧化铝和氮化铝陶瓷上钻出直径为60微米的孔，打孔速度可达每秒20个。在划片—裂片的工艺中，激光切割到材料的三分之一厚度，然后用机械方式裂片，速度可达50mm/秒。
7.14 激光烧结陶瓷讲解
透明陶瓷
激光烧结陶瓷
小结： 本次课介绍了激光烧结陶瓷技术及应用， 利用激光烧结陶瓷技术可制备出一些新型功 能陶瓷材料。
激光烧
A、355nm B、1064nm C、808nm D、10.6um 2、激光烧结陶瓷的目的是什么？
激光烧结陶瓷
课程名称：激光加工技术 主讲人：钟正根 浙江工贸职业技术学院
激光烧结陶瓷
本次课教学目标： 了解激光烧结陶瓷技术及应用
激光烧结陶瓷
一、激光烧结陶瓷技术 将激光辐照到由粉末压制而成的陶瓷素坯， 陶瓷素坯因表面有缺陷和较粗糙，因而对相 应波长的激光具有较高的吸收率，陶瓷素坯 表面吸收激光使得表层温度快速升高，从而 在表面形成致密的多晶结构体。
激光烧结陶瓷
激光烧结陶瓷的特点: 1、速度快、时间短； 2、纯度高； 3、获得特殊物理性能新材料。
激光烧结陶瓷
激光烧结陶瓷的工艺参数： 1、激光波长（主要采用10.6um的CO2）； 2、功率密度； 3、光强分布； 4、辐照时间； 5、材料本身。
激光烧结陶瓷
二、激光烧结陶瓷的应用 1、合成新型负温度系数热敏陶瓷材料； 2、合成高介电常数基陶瓷； 3、激光烧结透明陶瓷；
纳米陶瓷激光覆膜工艺流程
纳米陶瓷激光覆膜工艺流程随着科技进步和工业发展，纳米材料在各个领域的应用越来越广泛。
纳米陶瓷激光覆膜技术是一种利用纳米颗粒在基底表面形成陶瓷薄膜的方法，具有高硬度、高抗腐蚀性和耐高温等优点。
下面将介绍纳米陶瓷激光覆膜的工艺流程。
一、基底准备在进行纳米陶瓷激光覆膜之前，首先需要对待覆膜的基底进行准备工作。
基底表面应该光洁、无油污和氧化物，以确保纳米颗粒能够均匀地附着在基底表面。
常用的基底材料有金属、陶瓷和塑料等。
二、纳米颗粒喷射在基底准备好后，需要使用纳米颗粒喷射设备将纳米颗粒喷射到基底表面。
纳米颗粒应具有一定的粒径和形状，以确保覆膜的均匀性和质量。
喷射设备通常采用高速气流将纳米颗粒喷射到基底表面，喷射过程需要控制好喷射角度和距离，以达到理想的覆膜效果。
三、激光烧结纳米颗粒喷射到基底表面后，需要进行激光烧结处理。
激光烧结是指利用激光束对纳米颗粒进行加热，使其在基底表面熔化和结晶，形成坚固的陶瓷薄膜。
激光烧结的关键是控制激光功率和照射时间，以确保纳米颗粒能够充分烧结并与基底结合。
四、表面处理在完成激光烧结后，需要对覆膜表面进行处理，以提高其性能和光洁度。
常见的表面处理方法包括抛光、喷砂和离子注入等。
抛光可以使覆膜表面更加光滑，提高其光学性能；喷砂可以增加覆膜的粗糙度，提高其机械性能；离子注入可以改变覆膜的化学成分和结构，从而改善其性能。
五、性能测试最后一步是对纳米陶瓷激光覆膜进行性能测试。
性能测试可以包括硬度测试、耐腐蚀性测试和耐磨损性测试等。
硬度测试可以通过压痕法或显微硬度计等方法进行；耐腐蚀性测试可以通过浸泡试验或电化学测试等方法进行；耐磨损性测试可以通过磨损试验或摩擦试验等方法进行。
性能测试的目的是评估纳米陶瓷激光覆膜的质量和适用性。
纳米陶瓷激光覆膜工艺流程的完成需要严格控制每个步骤和参数，以确保覆膜的质量和性能。
纳米颗粒喷射、激光烧结、表面处理和性能测试是一个连续的过程，每个步骤都相互依赖，缺一不可。
陶瓷激光打标机的常见问题和处理方法
陶瓷激光打标机的常见问题和处理方法概述陶瓷激光打标机适用于对各类陶瓷和玻璃制品进行永久性打标。
它具有打标清晰、耐磨、抗氧化、不褪色等优点。
然而，在使用过程中，会遇到一些常见问题，本文将对这些问题及其处理方法进行介绍。
常见问题问题1：打标质量不佳陶瓷激光打标机在打标过程中，可能会出现打标质量不佳的情况，如打标不清晰、漏标、断线、污染等。
问题2：打标速度慢陶瓷激光打标机在打标过程中，可能会出现打标速度慢的情况，如打标卡顿、停滞、卡纸等。
问题3：设备故障陶瓷激光打标机在长时间使用过程中，可能会出现设备故障的情况，如激光管寿命到期、高压电源故障、控制卡故障等。
处理方法方法1：优化打标参数打标质量不佳时，应先检查是否为打标参数设置不正确。
可通过调整参数优化打标效果，如修改激光功率、加大斑点尺寸、增加打标速度等。
同时，应检查光路是否清洁，保持光路的干净和清洁。
方法2：更换钨丝打标质量不佳时，还有可能是由于钨丝老化和断裂等导致。
此时应及时更换钨丝，保证设备正常运行。
方法3：清理工件与夹具清除打标污染和油污对保证打标质量有很大的影响，因此，应经常清洁工件和夹具。
对于严重的污染，可使用丝刷、干净纱布或者清洁剂进行清理。
方法4：换工件如果打标质量无法改善，可能是由于工件材质不适合激光打标，或者表面质量存在问题。
此时，可以尝试更换工件或者调整打标角度，以提高打标质量。
方法5：检查设备故障当设备出现故障时，需要通过检查设备元件来确定哪些部件需要更换。
如激光管寿命到期需要更换新激光管、高压电源故障需要更换高压电源、控制卡故障需要更换控制卡等。
总之，在日常使用中，需要注意维护和保养陶瓷激光打标机，从而保证设备的稳定性和可靠性，提高工作效率，并减少工作中的故障和问题。
紫外激光加工陶瓷的原理
紫外激光加工陶瓷的原理
紫外激光加工陶瓷的原理是利用紫外激光的高能量和特定波长来进行材料加工。
具体原理如下：
1.雕刻过程：紫外激光通过光学系统被聚焦到陶瓷表面，形成一个极小的光斑。
随着激光的照射，陶瓷表面被加热并迅速蒸发，形成气体和离子。
离子与激光相互作用，发生冲击电离等过程，导致材料的蒸发速率加快。
2.去除材料：随着激光的照射，陶瓷表面的蒸发和物质变化导致材料被去除。
激光的高能量和特定波长使它能够瞬间加热材料，导致单元结构的沉积物破裂，从而使材料脱离。
3.精细控制：紫外激光的波长通常在200-400纳米之间，较短的波长使得激光的光斑更小，能够精细控制加工效果。
此外，紫外激光的能量密度也可以进行调节，以适应不同的加工需求。
总体而言，紫外激光加工陶瓷的原理是通过激光的高能量和特定波长使陶瓷表面蒸发和物质变化，从而实现材料的去除和加工。
陶瓷激光器及其工作原理
陶瓷激光器及其工作原理新型激光陶瓷是继单晶和玻璃之后又一种优秀的激光介质，它不仅具备良好的材料和光学特性，而且具有强大的制备优势，伴随激光透明陶瓷先进制造技术的不断发展，光学级、高掺杂、大尺寸、多功能透明陶瓷越来越多的被应用在固体激光器设计和制造中，凭借优异光电功能的特性，激光透明陶瓷的研发和应用不仅延伸至传统固体激光器的各个领域，并表现出比传统激光晶体更加优异的性能，而且不断突破现有固体激光技术的局限，有力的推动了新型固体激光器的发展。
按工作物质形状来分类，透明陶瓷激光器可以分为棒状激光器、板条激光器, 碟片激光器和光纤激光器等4类。
1、高效陶瓷棒状激光器采用与传统Nd:YAG固体激光器相同的谐振腔结构，可分为侧面泵浦（见图1）和端面泵浦（见图2）两种类型。
由于将高掺杂浓度的透明陶瓷圆棒作为激光介质，从而使光-光转换效率有显著提高。
图1 侧面泵浦激光器结构图3 高效率Nd：YAG透明陶瓷激光器对于侧面泵浦结构，泵浦源可以是灯泵浦，也可以采用激光二极管。
图3所示为中科院上海光学精密机械研究所采用超均匀侧面泵浦技术在1 at.% Nd:YAG陶瓷棒中获得输出功率236 W，斜率效率62% 的连续激光输出。
图中(a)为侧面泵浦Nd:YAG陶瓷棒激光器的实验装置原理，图(b)为Nd:YAG陶瓷激光器的截面示意图，采用超均匀侧面激光二极管阵列泵浦。
2、陶器板条激光器普通固体激光器激光工作物质的几何形状为圆棒状，温度梯度的方向与光传播方向垂直，在热负荷条件下运转时，将产生严重的热透镜效应和热光畸变效应，使得光束质量降低，并限制了激光功率的进一步提高。
板条激光器（见图4、5）的工作物质为板条形状，该激光器从结构上克服了激光棒的热变形(热透镜效应)，故有功率大(达2kW以上)、光束发散角小(接近衍射极限)，可获得高质量激光输出，从而提高了加工能力，可进行超深加工，如钻孔深达76mm，切割厚度达40mm。
图4 单板条DPL激光器结构示意图图5 双板条串接DPL激光器结构示意图在陶瓷板条激光器中，温度梯度发生在板条厚度方向上(板条宽度方向上的两侧面被热绝缘)，而光在厚度方向的两侧面(即泵浦面)上发生内全反射，呈锯齿形光路在两泵浦面之间传播，光传播方向近似与温度梯度方向平行，可基本避免热透镜效应和热光畸变效应，大幅度提高了激光输出功率。
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中国、美国和欧洲很多国家的科 研工作者都投身到激光陶瓷的研 究中去，大家关注的不仅是激光 陶瓷的制备技术，还包括未来固
体激光技术的发展。
高效激光振荡
如图1a所示，陶瓷是由很多取向无 序的微晶所组成。半透明陶瓷的制 备始于20世纪50年代，但是具有高 效激光振荡的透明陶瓷却是从20世 纪90年代才出现的。理由很简单， 半透明陶瓷中包含很多散射中心， 如晶界相、残余气孔和第二相，这 些散射中心能够显著的引起散射损
这块“上海制造”的透明陶瓷采用
高纯纳米原料，经过球磨混合、煅 烧干燥等工艺，在1650℃-1780℃ 真空条件下保温10小时以上烧结而 成，尺寸仅为3×3×3立方毫米。从 外观上看，这块黄豆大小的陶瓷完
全可与玻璃以假乱真。而它的不寻
常之处更在于，能在短时间内射出 一道炫目激光。
据上海硅酸盐研究所研究员潘裕柏 介绍，在一般应用中，由透明陶瓷 的微结构所带来的轻微折射，并不 影响其透光率，但当方向性极强的 激光穿过透明陶瓷时，任何微小的 折射都会使光线急转弯，造成致命 误差。因此，激光陶瓷从最基本的 单元“晶胞”开始，就与众不同， 而这正是新材料领域比拼国家科研
• 中科院上海硅酸盐研究所经过6年数百次实 验，终于研制出国内第一块“透明陶瓷之 王”——激光陶瓷，使我国成为世界上继 日本之后第二个掌握激光陶瓷材料制备专 利技术的国家。
• 通常，陶瓷都不是透明的，这是因为普通 陶瓷中充满着无数微气孔。这些气孔会对 光线产生极强的折射和散射，致使几乎所 有光线都无法通过陶瓷。如果能把这些气 孔赶走，陶瓷就能变得如玻璃般晶莹剔透。
介
质的固体激光不断向前发展，然而 传统的单晶激光增益介质在技术和 生产成本上仍有很多问题有待解决。
最近，陶瓷激光技术由于具有单晶 激光不可比拟的优点而成为了一种 新型的，具有潜力的激光材料。首 先，激光陶瓷能够做到大尺寸制备 并实现高功率激光输出。其次，能 够作为高光束质量光纤激光的增益 介质和复杂结构的增益介质，而复
激光陶瓷
激光陶瓷的优越性 激光陶瓷研发 激光应用器件
激光陶瓷
• 作为激光工作物质的陶瓷材料。如掺钕的 透明氧化钇陶瓷。在Y2O3中加入少量 ThO2和微量Nb2O5。它比激光玻璃材料 导热性能好，比单晶激光材料容易制造， 便于制成大尺寸。有可能做成中等增益的 高平均脉冲功率的激光物质。
国内首块激光陶瓷研制成功!
在20世纪80年代，开发出来的半透 明YAG陶瓷由于光学质量不高而难 以现实高效激光输出。20世纪90年 代早期，Nd:YAG陶瓷在日本成功实
现了连续激光输出，然而这个结果 并没有被广泛关注直到1995年
A.Ikesue博士在美国陶瓷学会会刊 上报道结果。从此以后，激光陶瓷
领域迅速发展，不光在日本，
结构则是单晶和玻璃制备技术难以 实现的。激光陶瓷还能实现激活离 子的高浓度、均匀掺杂。同时，陶 瓷制备技术适合开发新型的激光材 料，如倍半氧化物体系，这些材料 用传统的单晶生长技术很难制备。 此外，采用陶瓷烧结技术能够制备 新型结构的单晶，这种源于陶瓷的 单晶具有很高的抗激光辐照能力， 很长的使用寿命和非常高的激光功
固体激光器已经被广泛应用在金属
加工、医疗设备、激光打印、环境
检测和光学器件上，同时它也是下
一代激光核聚变的点火装置。单晶
和玻璃是传统意义上的固体激光增 来自介质，早在1960年，梅曼（Maiman）制成了世界上第一台 激光器——红宝石激光。自从1964 年Nd:YAG单晶在室温下实现连续激 光输出后，使用单晶作为激光增益
实力的“试金石”。
除了高透光性，透明陶瓷还具有高 强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温等 性能，其“综合素质”远超一般光 学材料。比如，用透明陶瓷制成的 高压钠灯，其平均寿命比普通白炽 灯长10倍，是目前使用寿命最长的 灯用作飞行器、装甲车或汽车的陶 瓷风挡，其防弹效果是传统胶合玻 璃的2倍，重量却只有防弹玻璃的
率密度。这种新型的激光增益介质
不能用传统的单晶生长技术来制备，
并且很可能具有新的激光性能。早 在1964年，Dy:CaF2陶瓷首次在低 温下用做激光增益介质。20世纪70 年代，Nd:Y2O3-ThO2陶瓷实现了 脉冲激光输出。虽然这代表了陶瓷
激光技术的开端，但是低下的激光
振荡效率并没有引起材料和激光科 学家的关注。
1/2。
据悉，这块国产激光陶瓷现已申 请专利3项，其中1项获授权，而 尺寸更大、输出功率更强的“升
级版”也在研发之中。
陶瓷激光材料
• 从日本科学家A.Ikesue博士首次报道Nd:YAG透 明陶瓷实现连续激光输出至今已经有14个年头了， 期间激光陶瓷领域也得到了迅猛的发展，但目前 代表激光陶瓷最高水平的仍然是A.Ikesue博士的 Word Lab公司和日本神岛化学公司 （Konoshima）。2008年，A.Ikesue博士在 Nature Photonics上发表了题为“Ceramics laser materials”的综述性文章（Nature Photonics/ VOL 2/ DECEMBER 2008），让我 们随着他的思路来回顾一下激光陶瓷的发展历程， 分享激光陶瓷领域的重大结果，并且展望一下激 光陶瓷的前景。
失，并最终使得在半透明陶瓷增益 介质不能实现激光振荡。1995年A. Ikesue博士在美陶中报道的Nd:YAG 陶瓷具有与单晶相近的激光性能。 文中报道的Nd:YAG透明陶瓷的显微 结构与传统的半透明陶瓷有明显的 区别。从图1b和图1c中可以看出， 这些材料中没有双折射和折射率的
变化，表明透明陶瓷的光学质量很 高。在图1d和图1e的微观照片中可 以看出，没有残余气孔、第二相和
光学不均匀区域。从图1f和图1g可 以发现，原子尺度的晶界非常干净， 在晶粒内部的点缺陷、线缺陷和位
错缺陷已经控制在很小的程度。
这些结果表明，成型技术对获得陶 瓷“完美”显微结构是至关重一旦 掌握了制备具有“完美”光学均匀 性和显微结构陶瓷的技术，发展超 低散射损失陶瓷的道路就会变得平 坦，要。具有跟单晶激光性能相媲 美的高效陶瓷激光增益介质也能顺