氧化鋱摻雜磁光玻璃的制備及其性能研究.pdf

1、磁光玻璃是光電高科技領(lǐng)域中重要的透明功能材料，因其各向均勻性好、磁光性能優(yōu)異、制備工藝簡單而在光纖電流傳感器、大功率激光器、磁光隔離器、磁光開關(guān)等功能器件中有可觀的潛在市場和誘人的發(fā)展前景。目前，磁光玻璃的研究熱點是如何增大玻璃基體中稀土離子的摻雜濃度，在保證玻璃綜合性能的基礎(chǔ)上提高玻璃的Verdet常數(shù)。但是，由于稀土離子強烈的積聚作用，高濃度稀土離子的存在會破壞玻璃基體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致玻璃的磁光性能、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性等降低。因此

2、，高性能、高Verdet常數(shù)的磁光玻璃的制備及其性能研究具有重要意義。
　　 以氧化鋱（Tb4O7）、氧化鉺（Er2O3）、氧化鐠（Pr6O11）、硼酸（H3BO3）、氫氧化鋁（Al（OH）3）、氧化鎵（Ga2O3）、氧化硅（SiO2）和磷酸氫二氨（（NH4）2HPO4）等為主要原料，采用傳統(tǒng)高溫熔融法制備了稀土摻雜Al2O3-B2O3-SiO2（ABS）系和Ga2O3-B2O3-SiO2（GBS）系磁光玻璃。探索了高濃度稀土摻

3、雜磁光玻璃的高溫熔制工藝，并采用差熱分析儀（DTA）、X射線衍射分析儀（XRD）、傅立葉紅外光譜儀（FT-IR）、魔角自旋核磁共振譜儀（MAS NMR）、旋光儀、V棱鏡折光儀、熱膨脹儀、激光粒度分析儀、紫外-可見-近紅外分光光度計（UV/Vis/NIR）等分析測試手段對磁光玻璃的成玻性能、熱穩(wěn)定性、微觀結(jié)構(gòu)、物理性能、光譜性能和化學(xué)穩(wěn)定性等進行了表征和研究，論文的主要工作成果如下。
　　 磁光玻璃制備工藝研究結(jié)果表明，在加料、熔

4、融和退火溫度分別為1250℃、1450℃和780℃的條件下可制得性能較好的ABS系和GBS系磁光玻璃；采用澆注法成形，玻璃液澆注溫度為1400℃。
　　 Tb2O3摻雜ABS玻璃的性能研究結(jié)果表明，ABS玻璃是由硅氧、硼氧和鋁氧多面體構(gòu)成的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，稀土離子填充在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的空隙中；DTA和XRD測試結(jié)果顯示，玻璃的成玻區(qū)和熱穩(wěn)定性隨著Tb2O3摻量的增加先增大后減小，在其摩爾濃度為30％時具有最佳成玻性能和熱穩(wěn)定性；熱處理后

5、，Tb3+離子主要在硼、鋁相中富集，并主要析出六方相晶體TbBO3和Al3Tb（BO3）4；物理性能分析表明，玻璃的Verdet常數(shù)、密度、折射率隨Tb2O3摻量的增加而增大，但其膨脹系數(shù)卻隨之降低；UV/Vis/NIR光譜測試結(jié)果顯示，Tb2O3摻雜ABS玻璃的透光率均為85％左右，玻璃在0.48μm附近出現(xiàn)強烈的吸收峰，且吸收峰的強度隨著Tb2O3摻量的增加而增強，但吸收峰位置不隨之變化，由此說明稀土玻璃吸收峰位置與稀土摻量無關(guān)；化

6、學(xué)穩(wěn)定性分析結(jié)果顯示，稀土摻雜ABS玻璃的抗堿性>抗水性>抗酸性，且隨著Tb2O3摻量的增加，玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性先增大后減小，在其摩爾濃度為30％時具有最佳化學(xué)穩(wěn)定性。
　　 Tb2O3摻雜GBS玻璃的性能研究結(jié)果表明，GBS玻璃的熱穩(wěn)定性能、物理性能（Verdet常數(shù)、密度、折射率）和光譜性能隨Tb2O3摻量的變化規(guī)律與相應(yīng)的Tb2O3摻雜ABS玻璃類似。但是，與ABS玻璃相比，相同Tb2O3摻量GBS玻璃的Verdet常數(shù)、密