ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Приборостроение». 2012
30
Гранат кристаллизуется в кубической сингонии, пр. группа
Ia3d,
Z
8,
параметр решетки 12,01 Å, плотность 4,55 г/см
3
.
Иттрий нахо-
дится в додекаэдрических (октаэдрических) позициях симметрии D
2
(
c
-
позиции), алюминий занимает октаэдрические
а
-
позиции симмет-
рии C
3
i
и тетраэдрические
d
-
позиции симметрии D
2
.
Количество ит-
трия в
а
-
позициях кристаллов YAG может составлять до 1,5 % их
общего числа. Таким образом, более точная формула граната имеет
вид Y
3
(
Y
x
Al
2–
x
)
Al
3
O
12
.
Величина
х
зависит от температуры синтеза.
Прецизионные данные структурных исследований монокристаллов
[9]
не выявили вхождения редкоземельных элементов (РЗЭ) в пози-
ции алюминия. Возможно замещение алюминия в октаэдрических
позициях на трехвалентные катионы меньшего, чем иттрия, ионного
радиуса, например,
R
= Ga, In, Sc, вплоть до образования соединений
Y
3
R
2
Al
3
O
12
.
Нестехиометрия YAG невелика, особенно если сравнить ее с гал-
лиевыми гранатами. С понижением температуры равновесная несте-
хиометрия уменьшается. При температуре синтеза керамики гранат
можно рассматривать как стехиометрическое соединение. Тем не ме-
нее фаза граната, синтезируемая осаждением из водных растворов с
последующей прокалкой прекурсора, может сильно варьировать по
составу, что отражается в изменении параметра решетки. Это объяс-
няется реализацией метастабильной нестехиометрии, причем состав
гранатовой фазы может доходить до Y
3
(
Y
2
)
Al
3
O
12
.
Алюминат иттрия YAlO
3
(
YAР) кристаллизуется в ромбической
сингонии, пр. группа
Pnma
,
параметры решетки
a
= 5,179,
b
= 5,329,
c
= 7,370 Å. Структура является производной перовскитовой струк-
туры. Известна неустойчивая гексагональная модификация YAlO
3
(
YAH), пр. группа
Р6
3
/
mmc
,
которая часто появляется в качестве
промежуточной фазы при низкотемпературном синтезе граната [10,
11].
Впервые она получена в результате испарения нитратных рас-
творов. Для этой фазы характерна широкая область гомогенности.
Значения параметров решетки меняются от
a
= 3,678,
c
= 10,46 Å
(
c
/
a
= 2,844) для состава Y
3
Al
5
O
12
до
a
= 3,678,
c
= 10,54 Å (
c
/
a
=
= 2,866) для состава YAlO
3
.
Для прикладных задач необходимо получать не чистую фазу гра-
ната, а легированную различными активаторами, в частности редко-
земельными ионами. При этом важно, что с увеличением ионного
радиуса РЗЭ устойчивость структуры граната понижается, и для
РЗЭ цериевой группы (в частности, для неодима) эта структура ста-
новится неустойчивой. Образуется ограниченный твердый раствор
Y
3–
x
Nd
x
Al
3
O
12
(
x
≤
0,14).
При выращивании монокристаллов из рас-
плава коэффициент распределения Nd составляет около 0,33, причем
значительно зависит от ориентации кристалла. Существенные про-
блемы получения однородного монокристалла возникают уже при