Труды КНЦ (Технические науки вып.4/2023(14))

Введение Ниобат лития конгруэнтного состава является универсальным диэлектриком, интегрированным в оптоэлектронные и лазерные устройства. Он перспективен для использования в новых разработках оптических датчиков и быстрой оптической связи. Основным недостатком этого материала является низкий порог оптического повреждения [1-4], который может быть значительно увеличен за счет введения в кристалл LiNbO 3 легирующих катионов с постоянной валентностью (нефоторефрактивных катионов) [5]. Исследование и создание технологий оптических материалов на основе активно-нелинейных кристаллов, активированных редкоземельными элементами (Ln), Mg, Zn и др. в сочетании друг с другом, является задачей большой научной и практической значимости. Известно, что концентрация легирующих компонентов в кристаллических порошках LiNbO 3 , их однородность, дисперсность и монофазность определяют свойства получаемых на их основе материалов. Так, легирование кристаллов ниобата лития Ln улучшает их эмиссионные свойства, такие кристаллы обладают возможностью лазерной генерации на ионах редкоземельных элементов. При этом свойства неразрывно связаны с расположением примеси в решетке кристалла и особенностями упорядочения структуры вдоль полярной оси [ 6 ]. Поэтому поиск новых, более эффективных способов синтеза LiNbOз:Ме:Ln, изучение особенностей влияния легирующей добавки и способа легирования на композиционную однородность и оптические свойства монокристаллов LiNbO 3 весьма актуальны и способствуют созданию материалов с высокой структурной и оптической однородностью, тем самым расширяя области их использования. Целью данной работы является разработка технологической схемы синтеза монофазной шихты ниобата лития, легированной одновременно магнием и иттрием в заданных концентрациях с химически однородно распределенной примесью. М етодика Задачей исследования являлось получение шихты ниобата лития с содержанием легирующих примесей [Mg] = 4,5 мол. % и [Y] = 0,4 мас. %. Синтез LiNbO 3 ^ g : Y проводили с использованием метода гомогенного легирования [7]. Легированные магнием и иттрием пентаоксиды ниобия Nb 2 O 5 :Mg:Y (прекурсор) получали в соответствии с технологической схемой, представленной на рис. 1. В исследованиях использовали растворы состава, г л -1: Nb 2 O 5 — 145,3, F- — 141,5, которые получали при растворении оксида Nb 2 O 5 (ос. ч.) в HF (ос. ч.). Добавку магния в виде его оксида MgO (ос. ч.) осуществляли в высокочистый фторидный ниобиевый раствор [ 8 ]. Из Nb-Mg-содержащего раствора 25 %-м раствором NH 4 OH (ос. ч.) осаждали гидроксидный осадок до рН ~ 11-12, который отфильтровывали на нутч-фильтре и далее репульпацией трехкратно промывали деионизированной водой от ионов аммония и фтора при соотношении твердой и жидкой фаз Т : Уж = 1 : 3. Подсушенный до влажности 60 -70 % при 90 °С гидроксидный остаток смешивали при Т : Vж= 1 : 2 с азотнокислым раствором Y. Смесь перемешивали в течение 3 ч. Образовавшуюся пульпу отфильтровывали, осадок промывали деионизированной водой при Т : Vж = 1 : 2, сушили при 110 °С и прокаливали при 1000 оС в течение 3 ч в электропечи сопротивления «СНОЛ 6/12-В». В ходе проведенных операций получали прекурсор Nb 2 O 5 :Mg:Y. Расчетное значение MgO в прекурсоре Nb 2 O 5 :Mg:Y равнялось 1,37 мас. % MgO. С учетом потерь Mg с фильтратами и промывными водами избыток Mg составлял 1 %. Допирующую примесь Y вводили в гидроксидный осадок, используя его азотнокислый раствор, который приготавливали путем растворения оксида Y 2 O 3 (ос. ч.) в HNO 3 (ос. ч.). Расчетные значения Y 2 O 3 в прекурсоре Nb 2 O 5 :Mg:Y составляли 0,56 мас. % Y 2 O 3 . Шихту LiNbO 3 :Mg:Y конгруэнтного состава (мольное отношение [Li]/[Nb] = 0,946) получали методом твердофазного синтеза из гомогенизированной смеси Nb 2 O 5 :Mg:Y и Li2CO3 (ос. ч.). Расчет необходимого количества Li2CO3 проводили с учетом содержания Mg и Y в прекурсоре Nb 2 O 5 :Mg:Y. Процесс синтеза шихты осуществляли в электропечи сопротивления «СНОЛ 6/12-В» при температуре 1100 оС в течение 3 ч. Содержание ниобия в Nb 2 O 5 :Mg:Y и LiNbO 3 :Mg:Y анализировали гравиметрическим методом с предварительным переводом твердых образцов в раствор. Определяли: концентрацию катионных примесей в прекурсорах и шихте — методом спектрального анализа на приборе ДФС-13; содержание Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 4. С. 38-43. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 4. P. 38-43. © Маслобоева С. М., Арутюнян Л. Г., Палатников М. Н., 2023 39