采用火花等离子烧结技术制备具有优异导热性能的YAG-MgO复合材料的性别选择手术（FGM）

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：FGM of YAG-MgO composites with enhanced thermal conductivity using spark plasma sintering

　　

摘要

基于YAG的材料被广泛用作激光介质，但其导热性能仅处于中等水平（约10 W/mK），这给固态激光器的热管理带来了挑战——泵浦产生的热量会导致温度梯度，从而影响激光器的性能。为了解决这一问题，人们提出了使用导热性能优异的MgO（导热系数为40–60 W/mK）作为散热材料。由于MgO和YAG的热膨胀系数不同，直接将MgO与YAG结合非常困难。本研究采用了一种新型方法，即利用功能梯度材料（FGM）通过火花等离子烧结（SPS）技术将导热性的MgO/YAG复合材料与YAG圆盘结合。实验结果表明，含有50% MgO的YAG/MGO复合材料的导热性能在室温到200°C范围内的提升超过了100%。系统研究了FGM的微观结构、层组成和厚度以及烧结参数对样品完整性和微观结构的影响。通过优化，成功制备出了具有阶梯浓度分布的致密FGM结构，并实现了牢固的界面结合。最终样品由13层FGM组成，这些FGM层通过1350°C、100 MPa的烧结条件、15分钟的保温时间和30°C/min的冷却速率与YAG圆盘结合。扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱仪（EDS）分析证实了各相的渐变分布以及界面处的无缝结合。这些发现表明，所提出的FGM方法为制造适用于先进技术应用的智能结构提供了一种有效途径。