Densification du grenat d'yttrium et d'aluminium pur ou dopé sous forme de céramiques transparentes : relation entre microstructure et propriétés optiques : élaboration de matériaux à gradient de concentration en néodyme

par Rémy Boulesteix

Thèse de doctorat en Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Sous la direction de Alexandre Maître et de Jean-François Baumard.

Les rapporteurs étaient Michel Mortier, Alain Brenier.


  • Résumé

    Ce travail porte sur l’élaboration de céramiques transparentes de Y₃₋₃ₓ Nd₃ₓAl₅O₁₂ (YAG:Nd avec 0<x<0. 02) par frittage-réaction sous vide pour une utilisation comme milieux amplificateurs de lasers. La mise en forme par coulage sous pression de suspensions stables et homogènes de mélanges stoechiométriques Al₂O₃-Y₂O₃-Nd₂O₃ a été réalisée. L’étude de la diffusion du néodyme dans les céramiques de YAG:Nd a permis d’élucider les mécanismes de densification et de croissance granulaire de ce matériau en présence ou non d’additifs de frittage (SiO₂). Les résultats de ce travail ont conduit à définir les conditions d’élaboration optimales permettant d’obtenir des céramiques transparentes de YAG:Nd. Les propriétés optiques de ces céramiques (rendement laser) ont été corrélées à leurs propriétés microstructurales (porosité). Ainsi, il apparaît que la porosité résiduelle doit être inférieure à 10⁻⁴% pour que les céramiques de YAG:Nd présente un rendement laser équivalent aux monocristaux de même nature. Enfin, la faisabilité de céramiques de YAG:Nd à gradient de concentration en néodyme et de « qualité laser » par coulage sous pression a été démontrée.

  • Titre traduit

    Densification of pure or doped yttrium aluminium garnet transparent ceramics : Relations between microstructure and optical properties : Elaboration of materials with neodymium concentration gradient


  • Résumé

    This work is devoted to the elaboration of Y₃₋₃ₓNd₃ₓAl₅O₁₂ (Nd:YAG with 0<x<0. 02) transparent ceramics by reaction-sintering undernvacuum for achieving amplifiers materials for lasers. Pressure-casting of stable and homogeneous suspensions of stoichiometric mixing Al₂O₃₋Y₂O₃₋Nd₂O₃ was achieved. Study of neodymium diffusion in Nd:YAG ceramics allowed to elucidate densification and grain growth mechanisms of this material with or without sintering aid additions (SiO₂). Results of this work have lead to determine the optimal elaboration conditions which lead to Nd:YAG transparent ceramics. Optical properties of these ceramics (laser efficiency) were correlated to their microstructural properties (porosity). Thus, it appeared that residual porosity should be less than 10⁻⁴% to Nd:YAG ceramics reach laser efficiency equivalent to Nd:YAG single-crystals. Finally, feasibility of Nd:YAG ceramics with laser quality and neodymium concentration gradient was proven.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (229 p.)
  • Notes : Thèse confidentielle jusqu'au 26 novembre 2016
  • Annexes : Bibliographie : 249 réf.

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