Вольфраматы Y2(WO4)3 в Минске

Вольфрамат иттрия Y(WO): оптические и конструкционные свойства

Вольфрамат иттрия Y(WO) — тугоплавкое кислородсодержащее соединение иттрия и вольфрама, кристаллизующееся в моноклинной сингонии (пространственная группа P2/c, структурный тип шеелитоподобных вольфраматов). Соединение существует в стехиометрическом соотношении YO : WO = 1 : 3 и не имеет политипных модификаций в диапазоне до плавления. Температура плавления — около 1740 C, плотность монокристалла — 6,1–6,3 г/см, микротвёрдость по Виккерсу — 5,5–6,5 ГПа. Материал сочетает высокую радиационную стойкость, низкое тепловое расширение и широкое окно прозрачности, что определяет его применение в оптике, лазерной технике и ядерной энергетике.

Кристаллохимические и физические характеристики

Катион Y (ионный радиус 0,90 ) занимает позиции с координационным числом 8, вольфрам W формирует тетраэдрические комплексы WO. Такая архитектура обеспечивает анизотропию теплового расширения: коэффициент вдоль оси b достигает 12 10 К, тогда как в плоскости ac не превышает 4 10 К. Оптическая ширина запрещённой зоны — 3,6–3,9 эВ, край фундаментального поглощения лежит в области 320–340 нм. Люминесценция собственного вольфраматного комплекса наблюдается в сине-зелёном диапазоне 420–520 нм при возбуждении УФ-излучением или рентгеновским пучком.

Синтез и формы выпуска

Промышленно вольфрамат иттрия получают твердофазным спеканием оксидов YO и WO при 1100–1300 C либо соосаждением из растворов солей с последующим прокаливанием. Монокристаллы выращивают методами Чохральского и горизонтальной направленной кристаллизации. Поставляемые формы:

• порошок с размером частиц 1–10 мкм (чистота 99,9–99,99 %);
• спечённые керамические заготовки плотностью 96–99 % теоретической;
• монокристаллические були и пластины с ориентацией (010) и (100);
• оптические окна и призмы с шероховатостью Ra 5 нм;
• мишени для магнетронного распыления диаметром 50–200 мм.

Применение по отраслям

В лазерной технике Y(WO) служит матрицей для активаторов Nd, Yb, Er: легированные монокристаллы работают в непрерывном и импульсном режимах на длинах волн 1,03–1,06 мкм. В детекторах ионизирующего излучения вольфрамат иттрия применяется как сцинтиллятор с временем высвечивания 1–10 мкс. В ядерной энергетике соединение рассматривается как инертная матрица для иммобилизации радиоактивных отходов, содержащих актиниды, благодаря устойчивости к радиационному повреждению до 10 нейтрон/см. В электронной промышленности из него формируют диэлектрические слои и буферные подслои в тонкоплёночных структурах.

Технологические особенности обработки

Механическая обработка монокристаллов Y(WO) ведётся алмазным инструментом на органической связке с подачей СОЖ на водной основе; скорость резания не превышает 15 м/с во избежание сколов по плоскостям спайности. Полировка выполняется суспензией на основе коллоидного кремнезёма с доведением шероховатости до Ra 2 нм. Спечённая керамика шлифуется кругами зернистостью 14–28 мкм с последующим отжигом при 1200 C для снятия внутренних напряжений. При нанесении тонких плёнок методом магнетронного распыления подложку нагревают до 400–600 C для кристаллизации осадка в моноклинную фазу.

Вопросы и ответы