Post-traitements thermiques de frittage sur des céramiques transparentes de YAG dopées au néodyme (YAG:Nd)
Résumé
Les céramiques transparentes se développent rapidement depuis le milieu des années 1990, notamment en raison de leurs bonnes propriétés optiques et leur potentiel d'application en tant que milieux amplificateurs dans les lasers de puissance. Les céramiques sont ainsi des matériaux de choix pour remplacer les monocristaux fréquemment utilisés dans les cavités laser. Entre autre, elles permettent l'introduction de fortes concentrations en dopant, peuvent être élaborées sous la forme de pièces de grandes dimensions en des temps relativement courts et favorisent l'obtention de formes plus ou moins complexes. Les composés élaborés sous forme de céramiques sont essentiellement les phases grenats ou sesquioxydes dopées par des terres rares (e.g. YAG:Nd, YAG:Yb, Y2O3:Yb). Le principal challenge pour élaborer des céramiques transparentes pour applications lasers reste l'élimination totale des défauts résiduels du matériau fritté tels que la porosité. En effet, il est bien connu que ce type de défauts conduit à une altération de la transparence et du rendement laser par un phénomène de diffusion de la lumière. Par conséquent, il est nécessaire de contrôler chaque étape du procédé d'élaboration, de la synthèse des poudres au traitement final de frittage. Egalement, l'application d'un post-traitement thermique de frittage (e.g. Hot Isostatic Pressing, HIP, Spark Plasma Sintering, SPS) peut, sous certaines conditions, favoriser l'élimination des défauts résiduels après frittage et contribuer à l'obtention d'un matériau transparent. Dans la présente étude, le rôle de tels post-traitements sur les trajectoires de frittage, taille de grains-densité relative, des céramiques de YAG:Nd, est étudié et interprété. Plus particulièrement, ce travail montre que le phénomène de séparation entre les joints de grains et les pores, généralement observé en frittage naturel sous vide pour des densités supérieures à 99%, peut être évité sous certaines conditions de post-traitements. Egalement, les propriétés optiques (i.e. transmittance et rendement laser) des céramiques de YAG:Nd obtenues via les post-traitements HIP et SPS sont comparées à celles des céramiques élaborées par frittage naturel sous vide.