专利名称：法拉第磁旋光透明陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明涉及法拉第磁旋光透明陶瓷材料，特别是一种组分为Tb3_xAxAl5_yBy012(其 中，A为 ιι，Lu，Y，Gd等，B为Sc，fei等；0彡χ彡2. 9，0彡y彡5)的法拉第磁旋光透明陶 瓷及其制备方法。
背景技术：
基于法拉第磁旋光材料的光隔离器是光通信、高功率激光加工等领域的必需器件 之一，其工作原理是基于法拉第磁旋光现象，磁旋光材料在磁场作用下将反向传播光的偏 振方向旋转90°，从而(通过偏振片)起到隔离反向光传播的作用。衡量材料在单位强度 磁场作用下旋光能力大小的物理参数为弗尔德(Verdet，简写为V)常数，其表达式可写为V= θ /LH其中，θ为光经过材料后偏振方向的偏转角度，L为材料长度，H为磁场强度。目前所使用的几种磁旋光材料主要有(1)铽镓石榴石(Tb3^i5O12,简写为TGG)单晶，可见光及近红外波段目前最常用 的磁旋光材料，其缺点首先在于( 很贵，晶体生长成本高。其次，由于Tb3fe5o12晶体在提 拉法生长过程中容易产生Ga2O3的挥发，导致晶体组分偏离及熔体熔点的变化，因此高质量 Tb3Ga5O12单晶的生长也存在一定的技术难度；(2)铽玻璃，其优点是尺寸可做大，缺点是其Verdet常数相对较小，器件体积较 大，另外，玻璃的热导率也要比晶体材料差；(3)钇铁石榴石(Fe3Al5O12,简写为YIG)薄膜，在1. 1 5. 5 μ m范围内具有较高 的透明度，但其在可见-近红外波段透过率差，不适合在400 IlOOnm范围内使用。另 外，！^3Al5O12单晶薄膜通常是在Gdfa5G12 (GGG)单晶衬底上制备获得的，而高质量、大尺寸 Gd3Ga5G12单晶本身的生长技术就具有一定难度，且原料中的Ga2O3很贵，因此，YIG单晶薄膜 的价格目前也比较昂贵。更重要的是，YIG单晶薄膜制备过程中有时需要加入含铅的助熔 剂，对环境、人体均具有毒害。目前，人们普遍认为在可见-近红外波段的最理想的磁旋光材料为铽铝石榴石 (Tb3Al5O12,简写为TAG)单晶，其具有高的Verdet常数，且在可见光-近红外区域均有较高 的透过率。但Tb3Al5O12为非一致熔融化合物，难以通过熔体法生长高质量、大尺寸单晶。幸运的是，Tb3Al5O12均属石榴石立方结构，最近我们发现并通过实验证明了可以 通过制备大尺寸、高质量的Tb3Al5O12透明陶瓷材料来实现Tb3Al5O12单晶优良的磁旋光性 能。另外，通过Tm，Lu, Y，Gd等部分取代Tb ；或者以Ga，Sc等部分取代Al，同样可以获得具 有高光学透过率及高Verdet常数的Tb3_人Al5_yBy012(其中，A为I~m，Lu，Y，Gd等，B为Sc，fei 等；0彡χ彡2.9，0彡y彡5)透明磁旋光陶瓷材料。本发明的目的就是以Tb3_人Α15_Λ〇12 透明磁旋光陶瓷材料来实现难以获得高质量、大尺寸Tb3Al5O12单晶的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足或困难，提供一种法拉第磁旋光透明 陶瓷及其制备方法，该陶瓷在可见-近红外波段具有较高的光学透过率和较高的Verdet常 数，且具有制备工艺简单、低成本，制备过程中无毒害等优点。本发明的技术解决方案如下一种透明法拉第磁旋光陶瓷，特点在于其分子式为Tb3^xAxAl5-A0I2'其中A为Tm、Lu、Y或Gd ;B为&或( ；χ和y的取值范围为0彡χ彡2. 9，
0彡y彡5。所述的透明法拉第磁旋光陶瓷的制备方法，其特点在于该方法的具体步骤如下①初始原料采用原料纯度不低于99. 9%的七氧化四铽(Tb4O7)、三氧化二铽 (Tb2O3)、铝酸铽(TbiUO3)、氧化铝(Al2O3)、氧化钇α203)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧 化钆(Gd2O3)、氧化钪(Sc2O3)、氧化镓(Ga2O3)；②根据需要制备的透明法拉第磁旋光陶瓷Tb3_人Al5_yBy012，选定透明法拉第磁 旋光陶瓷组成，确定X，y的取值，并按摩尔比称量相应的粉体原料，原料加入0. 3wt % 0. 7wt%的正硅酸乙酯作为添加剂，经球磨将粉料混勻、细化；③混勻、细化的粉料烘干后经造粒、压片，对其施以200MPa以上的冷等静压力压 制成坯体，再预烧去除有机成分；④最后放入真空烧结炉或热压烧结炉烧结，得到Tb3_xAxAl5_yBy012透明法拉第磁旋 光陶瓷真空烧结炉烧结真空烧结炉内的保温温度为1400 1650°C，保温时间为0. 5 50小时；真空烧结炉内的真空度优于3 X KT2Pa ；热压烧结炉烧结热压烧结炉内的保温温度为900 1500°C，对陶瓷坯体施加的 压力为0. 2 lOMPa，保温时间为0. 5 50小时。所述的透明法拉第磁旋光陶瓷的制备方法，其特点在于该方法包括下列步骤①初始原料采用原料纯度不低于99. 9%的硝酸铽Tb(NO3)3或氯化铽(TbCl3)， 硝酸铝Al (NO3)3或氯化铝(AlCl3)、硝酸铥Tm(NO3)3或氯化铥(TmCl3)、硝酸镥或氯化镥 (LuCl3)、硝酸镓( (NO3) 3或氯化镓(GaCl3)、硝酸钪k (NO3) 3或氯化钪(ScCl3)；②根据需要制备的透明法拉第磁旋光陶瓷Tb3_xAxAl5_yBy012，选定透明法拉第磁旋 光陶瓷的组成，确定X，y的取值，按摩尔比称量相应的粉体原料；③采用以尿素(CO(NH2)2)或碳酸氢铵(NH4HCO3)为沉淀剂的化学共沉淀法、或 以柠檬酸(C6H8O7)为稳定剂采用溶胶-凝胶法制备Tb3_xAxAl5_yBy012前躯体，后经煅烧得 Tb3_xAxAl5_yBy012粉末，再加入0. 3 0. 7wt%的正硅酸乙酯将所述的Tb3_xAxAl5_yBy012粉末进 行球磨，后经注浆成型或冷等静压成型制成坯体，再预烧去除有机成分；④最后放入真空烧结炉或热压烧结炉，得到Tb3_xAxAl5_yBy012透明法拉第磁旋光陶 瓷真空烧结炉烧结真空烧结炉内的保温温度为1400 1650°C，保温时间为0. 5 50小时；真空烧结炉内的真空度优于3 X KT2Pa ；热压烧结炉烧结热压烧结炉内的保温温度为900 1500°C，对陶瓷坯体施加的压力为0. 2 lOMPa，保温时间为0. 5 50小时。本发明的技术效果本发明中的Tb3_xAxAl5_yBy012磁旋光陶瓷在比目前商用Tb3Gii5O12单晶在可见-近红 外波段具有更高的光学透过率和更高的Verdet常数；该磁旋光陶瓷制备工艺也比较简单， 成品率高，成本低，易批量制备，且其在制备过程中无需使用对人体环境有毒害的助熔剂， 具有良好的人体、环境友好性。
图1为本发明实施例1制备的Tb3Al5O12透明陶瓷(厚度为2mm)的透过率曲线图2为本发明实施例ITb3Al5O12陶瓷的Verdet常数随波长变化曲线，
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。实施例ITb3Al5O12透明法拉第磁旋光陶瓷的制备Tb3Al5O12透明法拉第磁旋光陶瓷的制备方法，具体步骤如下①初始原料采用原料纯度不低于99. 9%的七氧化四铽、三氧化二铽、铝酸铽、氧化 铝、氧化钇、氧化铥、氧化镥、氧化钆、氧化钪、氧化镓的粉体；②根据需要制备的透明法拉第磁旋光陶瓷的分子式Tb3Al5O12的组成并确定χ = 0，y = O的取值，纯度不低于99. 9%的氧化铽(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)的粉末为原料，按组 成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料共30g，加入0. 3wt% 0. 7wt%的正硅酸乙 酯作为添加剂，经球磨将粉料混勻、细化；③粉料烘干后经造粒、压片，对其施以200MPa以上冷等静压力压制成坯体，再预 烧去除有机成分；④最后放入真空烧结炉，得到Tb3_xAxAl5_yBy012透明法拉第磁旋光陶瓷真空烧结炉烧结真空烧结炉内的保温温度为1400°C，保温时间为0. 5小时；真空 烧结炉内的真空度优于2. 5 X KT3Pa ；对本实施例进行测试，图1为本发明实施例1中所制备的Tb3Al5O12透明陶瓷的透 过率曲线(厚度为2mm)，其中位于486nm处的吸收带对应于Tb3+离子的4F6 — 5D4的跃 迁。除吸收带外，该透明陶瓷在紫外-可见-近红外波段500 ieOOnm的透过率> 80%, 其在可见光400 700nm波段的透过率要明显高于Tb3Ga5O12单晶的透过率(见参考文 献 1 “Growth andcharacterization ofTb3Ga5_xAlx012single crystal，，Wenjing Zhang, FeiyunGuo, Jianzhong Chen, Journal of Crystal Growth 306 Q007) 195-199.)，更适合用 作可见光波段的磁旋光材料。图2为实验测得的本发明实施例1中Tb3Al5O12陶瓷的Verdet常数随波长变化曲 线，通过与参考文献 2 (参见"Growth of terbium aluminum garnet (Tb3Al5O12 ；TAG) single crystals by the hybrid laser floatingzone machine"Mikio Geho,Takenori Sekijima, Takashi Fujii, Journal of Crystal GrowtM67 (2004) 188-193.)给出的 Tb3Al5O12 与 Tb3Ga5O12单晶的数据进行比较，可见本发明方法制备的Tb3Al5O12陶瓷的Verdet常数在各波长处几乎与Tb3Al5O12单晶的数值完全一致，与Tb3Gii5O12单晶相比，Tb3Al5O12陶瓷(特别是 在可见光波段)的磁旋光性能要好很多。实施例2烧结保温温度为1650°C，其他条件同实施例1，同样可以获得Tb3Al5O12透明陶瓷。实施例3烧结保温温度为1500°C，其他条件同实施例1，同样可以获得Tb3Al5O12透明陶瓷。实施例4烧结保温时间为50小时，其他条件同实施例1，同样可以获得Tb3Al5O12透明陶瓷。实施例5烧结保温时间为10小时，其他条件同实施例1，同样可以获得Tb3Al5O12透明陶瓷。实施例6原料纯度为99. 99%，其他条件同实施例1，同样可以获得Tb3Al5O12透明陶瓷。实施例7原料纯度为99. 999%，其他条件同实施例1，可以获得光学质量更高的Tb3Al5O12透 明陶瓷。实施例8正硅酸四乙酯的加入量为0.7wt%，其他条件同实施例1，同样可以获得Tb3Al5O12 透明陶瓷。实施例9按Tb2. JmaiAl5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，其他条件同 实施例1，可以获得TX9TmaiAl5O12透明陶瓷。实施例10按Tb2. JmaiAl5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，烧结保温温 度为1500°C，其他条件同实施例1，可以获得Tb2.9TmaiAl5012透明陶瓷。实施例11按Tb2. JmaiAl5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，烧结保温温 度为1650°C，其他条件同实施例1，可以获得Tb2.9TmaiAl5012透明陶瓷。实施例12按TbaiTm2.9Al5012组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料其他条件同实 施例1，可以获得TX1TI^9AI5O12透明陶瓷。实施例13按Tba Jn^9Sc5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，其他条件同 实施例1，可以获得Tba Ji^9Sc5O12透明陶瓷。实施例14按TbaiTn^9Gii5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，其他条件同 实施例1，可以获得Tba Ji^9Gei5O12透明陶瓷。实施例15按Tba Ai^9Al5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，其他条件同 实施例1，可以获得TbaiLu2.9Al5012透明陶瓷。
实施例16按Tba Ai^9Al5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，烧结保温温 度为1650°C，其他条件同实施例15，可以获得Tba Ai^9Al5O12透明陶瓷。实施例17按TbaMi9Al5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，TEOS加入量 为0. 5wt%，其他条件同实施例15，可以获得TbaiLU2.9Al5012透明陶瓷。实施例18按TbaMi9Al5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，TEOS加入量 为0. 7wt%，其他条件同实施例15，可以获得TbaMi9Al5O12透明陶瓷。实施例19原料纯度为，99. 999%，按TbaiLu2.9A15012组成中各金属离子的摩尔比相应配置好 粉体原料，其他条件同实施例15，可以获得TbaiLu2.9Al5012透明陶瓷。实施例20按Tba Ai^9Al5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，保温阶段炉 内真空度优于3. OX 其他条件同实施例15，可以获得Tba Mi9Al5O12透明陶瓷。实施例21按TbaiLi^9Sc5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，其他条件同 实施例1，可以获得Tba ^Ui9Sc5O12透明陶瓷。实施例22按TbaiLi^9Sc5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，烧结温度为 1650°C，其他条件同实施例1，可以获得TbaiLu2Jc5O12透·明陶瓷。实施例23按TbaiLi^9Sc5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，烧结保温时 间为50小时，其他条件同实施例1，可以获得Tba^Ui9Sc5O12透明陶瓷。实施例24按TbaiLi^9Sc5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，烧结保温时 间为10小时，其他条件同实施例1，可以获得Tba^Ui9Sc5O12透明陶瓷。实施例25按TbaiLi^9Sc5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，保温阶段炉 内真空度优于3.0X 10_4 Pa，其他条件同实施例1，可以获得TbaiLu2.9Sc5012透明陶瓷。实施例沈按Tba Adi9Al5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，其他条件同 实施例1，可以获得Tba Adi9Al5O12透明陶瓷。实施例27按Tba Adi9Al5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，烧结保温温 度为1650°C，其他条件同实施例1，可以获得Tba Α(12.9Α15012透明陶瓷。实施例28按Tba Adi9Al5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，烧结保温温 度为1500°C，其他条件同实施例1，可以获得Tba Α(12.9Α15012透明陶瓷。
实施例29按Tba Adi9Al5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，TEOS加入量 为0. 5wt%，其他条件同实施例1，可以获得Tba Adi9Al5O12透明陶瓷。实施例30按Tba Adi9Al5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，TEOS加入量 为0. 7wt%，其他条件同实施例1，可以获得Tba Adi9Al5O12透明陶瓷。实施例31按Tba Adi9Al5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，保温阶段炉 内真空度优于2 X IO-4Pa,其他条件同实施例1，可以获得Tba Ad2.9A15012透明陶瓷。实施例32原料纯度为99. 999%，按Tba Adi9Al5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好 粉体原料，TEOS加入量为0. 7wt%，其他条件同实施例1，可以获得Tba Α(12.9Α15012透明陶
ο实施例33按Tba Ac^9Sc5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，其他条件同 实施例1，可以获得Tba Ac^9Sc5O12透明陶瓷。实施例34按TbaiGdi9Gii5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，其他条件同 实施例1，可以获得Tba Ac^9Gei5O12透明陶瓷。实施例35按Tba Ji9Ga5O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料，其他条件同实 施例1，可以获得Tb0. A9Al5O12透明陶瓷。实施例36将Tb3Al5O12坯体放入热压烧结中烧结，保温温度为900°C，对坯体施加0. 2MPa的 压力，保温时间为0.5小时，其他条件同实施例1，可以获得Tb3Al5O12透明陶瓷。实施例37将Tb3Al5O12坯体放入热压烧结中烧结，保温温度为1500°C，对坯体施加0. 2MPa的 压力，保温时间为0. 5小时，其他条件同实施例36，可以获得Tb3Al5O12透明陶瓷。实施例38将Tb3Al5O12坯体放入热压烧结中烧结，保温温度为1100°C，对坯体施加0. 2MPa的 压力，保温时间为50小时，其他条件同实施例36，可以获得Tb3Al5O12透明陶瓷。实施例39将Tb3Al5O12坯体放入热压烧结中烧结，保温温度为900°C，对坯体施加IOMPa的压 力，保温时间为0. 5小时，其他条件同实施例36，可以获得Tb3Al5O12透明陶瓷。实施例40将Tb3Al5O12坯体放入热压烧结中烧结，保温温度为900°C，对坯体施加IOMPa的压 力，保温时间为20小时，其他条件同实施例36，可以获得Tb3Al5O12透明陶瓷。实施例41将Tb3Al5O12坯体放入热压烧结中烧结，保温温度为1050°C，对坯体施加IOMPa的压力，保温时间为20小时，其他条件同实施例36，可以获得Tb3Al5O12透明陶瓷。实施例42将Tb3Al5O12坯体放入热压烧结中烧结，保温温度为1200°C，对坯体施加5MPa的压 力，保温时间为20小时，其他条件同实施例36，可以获得Tb3Al5O12透明陶瓷。实施例43按Tb3Al5O12化学组成，称取硝酸铽(Tb (NO3) 3)、硝酸铝(Al (NO3) 3)初始原料共50g， 将其溶制成1000毫升水溶液，后逐滴滴入尿素(CO(NH2)2)沉淀剂溶液中，得到含Tb(0H)3、 Tb2 (CO3) 3、Al (OH) 3、Tb2 (CO3) 3的Tb3Al5O12前躯体沉淀物，后经煅烧得Tb3Al5O12粉末，加入 0. 5wt%的TEOS将该粉末进行球磨，后经注浆成型或冷等静压成型制成坯体，再预烧去除 有机成分；最后放入真空烧结炉中在1400°C温度下烧结0. 5小时，得到Tb3Al5O12透明磁旋 光陶瓷。实施例44烧结保温温度为1650°C温度，其他条件同实施例43，得到Tb3Al5O12透明磁旋光陶
ο实施例45烧结保温温度为1500°C温度，其他条件同实施例43，得到Tb3Al5O12透明磁旋光陶
ο实施例46烧结保温时间为50小时，其他条件同实施例43，得到Tb3Al5O12透明磁旋光陶瓷。实施例47烧结保温时间为10小时，其他条件同实施例43，得到Tb3Al5O12透明磁旋光陶瓷。实施例48TEOS加入量为0. 3wt%，其他条件同实施例43，得到Tb3Al5O12透明磁旋光陶瓷。实施例49TEOS加入量为0. 7wt%，其他条件同实施例43，得到Tb3Al5O12透明磁旋光陶瓷。实施例50保温时炉内真空度优于2X 10_4Pa，其他条件同实施例43，得到Tb3Al5O12透明磁旋 光陶瓷。实施例51将Tb3Al5O12坯体放入热压烧结炉中烧结，保温温度为900 1500°C，对坯体施加 0. 2 IOMPa的压力，保温时间为0. 5小时，其他条件同实施例43，可以获得Tb3Al5O12透明 陶瓷。实施例52按Tb1. SGc^5Al3Ga2O12K学组成，称取硝酸铽(Tb(NO3)3)、硝酸铝(Al (NO3)3)、硝酸钆 (Gd (NO3)3),硝酸镓(Ga(NO3)3)初始原料共50g，将其溶制成1000毫升水溶液，后逐滴滴入 碳酸氢铵(NH4HCO3)沉淀剂溶液中，得到含 Tb (OH) 3>Tb2 (CO3) 3、A1 (OH) 3>Tb2 (CO3) 3 的 Tb3Al5O12 前躯体沉淀物，后经煅烧得TK5GduAl3Ga2O12粉末，加入0. 3wt%的TEOS将该粉末进行球 磨，后经注浆成型或冷等静压成型制成坯体，再预烧去除有机成分；最后放入热压烧结炉中 对坯体施加0. 2MPa的压力，在900°C温度下烧结0. 5 50小时，得到Tb1.5GdL5Al3Ga2012透明磁旋光陶瓷。实施例53将TK5Gc^5Al3Ga2O12陶瓷坯体放入热压烧结炉中施加IOMPa的压力，其他条件同 实施例52，同样可以得到IX5GduAl3GEi2O12磁旋光透明陶瓷。实施例M将TK5Gc^5Al3Ga2O12陶瓷坯体放入热压烧结炉中施加5MPa的压力，其他条件同实 施例52，同样可以得到TbuGduAl3Ga2O12磁旋光透明陶瓷。实施例55烧结保温温度为1500°C，其他条件同实施例52，同样可以得到IX5GduAl3GEi2O12 磁旋光透明陶瓷。实施例56烧结保温温度为1000°C，其他条件同实施例52，同样可以得到IX5GduAl3Ga2O12 磁旋光透明陶瓷。实施例57按Tb2. ^1Al3Sc2O12 组成，称取氯化铽(TbCl3)、氯化铝(AlCl3)、氯化镥(LuCl3)、 氯化钪(ScCl3)等初始原料共50g，将其溶制成1000毫升水溶液，加入柠檬酸为稳定 剂，使用磁力搅拌器进行搅拌并加热至60°C，得到Tb2.9L% AlJc2O12前躯体溶胶，将该溶胶 陈化M小时，后经热处理得Tb2.9Lua !Al3Sc2O12粉末，加入0. 7wt%的TEOS将该粉末进行球 磨，后经注浆成型或冷等静压成型制成坯体，再预烧去除有机成分；最后放入真空烧结炉中 在1400°C下烧结0. 5小时，得到Tb2.9Lua Al3Sc2O12磁旋光透明陶瓷。实施例58保温温度为1650°C，其他条件同实施例57，其他条件同实施例57，得到 Tb2. ^1Al3Sc2O12磁旋光透明陶瓷。实施例59保温温度为1500°C，其他条件同实施例57，其他条件同实施例57，得到 Tb2. ^1Al3Sc2O12磁旋光透明陶瓷。实施例60烧结保温时间为50小时，其他条件同实施例57，同样可以得到Tb2.9LuQ. Al3Sc2O12 磁旋光透明陶瓷。实施例61烧结保温时间为20小时，其他条件同实施例57，同样可以得到Tb2.9LuQ. Al3Sc2O12 磁旋光透明陶瓷。实施例62保温时炉内真空度优于lX10_4Pa，其他条件同57，同样可以得到 Tb2. ^1Al3Sc2O12磁旋光透明陶瓷。实施例63按Tb2. ^1Al3Sc2O12 组成，称取氯化铽(TbCl3)、氯化铝(AlCl3)、氯化镥(LuCl3)、 氯化钪(ScCl3)等初始原料共50g，将其溶制成1000毫升水溶液，加入柠檬酸为稳定 剂，使用磁力搅拌器进行搅拌并加热至60°C，得到Tb2.9L% AlJc2O12前躯体溶胶，将该溶胶陈化M小时候，后经热处理得Tb2.9Lua !Al3Sc2O12粉末，加入0. 3wt 0. 7wt %的TEOS将该粉 末进行球磨，后经注浆成型或冷等静压成型制成坯体，再预烧去除有机成分；最后放入热压 烧结炉中对坯体施加0. 2MPa的压力，在1500°C温度下烧结0. 5小时，得到Tb2.9Lu0. Al3Sc2O12 磁旋光陶瓷。实施例64烧结保温时间为50小时，其他条件同实施例63，同样可以得到Tb2.9LuQ. Al3Sc2O12 磁旋光陶瓷。实施例65烧结保温时间为10小时，其他条件同实施例63，同样可以得到Tb2.9LuQ. Al3Sc2O12 磁旋光陶瓷。实施例66将Tb2.9LUQ. Al3Sc2O12陶瓷坯体放入热压烧结炉中施加IOMPa压力，烧结保温温度 为900°C，其他条件同实施例63，得到Tb2.9Lua Al3Sc2O12磁旋光陶瓷。实施例67将Tb2.9LuQ. Al3Sc2O12陶瓷坯体放入热压烧结炉中施加5ΜΙ^压力，其他条件同实施 例66，得到IX9LuaiAl3Sc2O12磁旋光陶瓷。实施例68保温温度为1400°C，其他条件同实施例63，得到Tb2.9Lua Al3Sc2O12磁旋光陶瓷。实施例69保温温度为1050°C，其他条件同实施例63，得到Tb2.9Lua Al3Sc2O12磁旋光陶瓷。按本发明权利要求书中所陈述的其他条件，同样可以获得相应组分的磁旋光透明 陶瓷，在此不一一列举，但并不影响本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种透明法拉第磁旋光陶瓷，特征在于其结构式为 Tb3-XAXA15_yBy012,其中A为Tm、Lu、Y或Gd ;B为&或( ；χ和y的取值范围为0彡χ彡2. 9，0彡y彡5。
2.权利要求1所述的透明法拉第磁旋光陶瓷的制备方法，其特征在于该方法的具体步 骤如下①初始原料采用原料纯度不低于99.9%的七氧化四铽、三氧化二铽、铝酸铽、氧化铝、 氧化钇、氧化铥、氧化镥、氧化钆、氧化钪、氧化镓的粉体；②根据需要制备的透明法拉第磁旋光陶瓷的分子式Tb3_xAxAl5_#y012的组成并确定X，y 的取值，并按摩尔比称量相应的粉体原料，加入0. 3wt% 0. 7wt%的正硅酸乙酯作为添加 剂，经球磨将粉料混勻、细化；③粉料烘干后经造粒、压片，对其施以200MPa以上冷等静压力压制成坯体，再预烧去 除有机成分；④最后放入真空烧结炉或热压烧结炉烧结，得到Tb3_xAxAl5_yBy012透明法拉第磁旋光陶瓷真空烧结炉烧结真空烧结炉内的保温温度为1400 1650°C，保温时间为0. 5 50小 时；真空烧结炉内的真空度优于3 X KT2Pa ；热压烧结炉烧结热压烧结炉内的保温温度为900 1500°C，对陶瓷坯体施加的压力 为0. 2 lOMPa，保温时间为0. 5 50小时。
3.权利要求1所述的透明法拉第磁旋光陶瓷的制备方法，其特征在于该方法包括下列 步骤①初始原料采用原料纯度不低于99.9%的硝酸铽或氯化铽，硝酸铝或氯化铝、硝酸铥 或氯化铥、硝酸镥或氯化镥、硝酸镓或氯化镓、硝酸钪或氯化钪；②根据需要制备的透明法拉第磁旋光陶瓷的分子式Tb3_xAxAl5_#y012的组成和确定X，y 的取值，按摩尔比称量相应的粉体原料；③采用以尿素或碳酸氢铵等为沉淀剂的化学共沉淀法、或以柠檬酸为稳定剂采用溶 胶-凝胶法制备Tb3_xAxAl5_yBy012前躯体，后经煅烧得Tb3_人Al5_yBy012粉末，再加入0. 3 0. 7wt%的正硅酸乙酯将所述的Tb3_xAxAl5_yBy012粉末进行球磨，后经注浆成型或冷等静压 成型制成坯体，再预烧去除有机成分；④最后放入真空烧结炉或热压烧结炉，得到Tb3_xAxAl5_yBy012透明法拉第磁旋光陶瓷 真空烧结炉烧结真空烧结炉内的保温温度为1400 1650°C，保温时间为0. 5 50小时；真空烧结炉内的真空度优于3 X KT2Pa ；热压烧结炉烧结热压烧结炉内的保温温度为900 1500°C，对陶瓷坯体施加的压力 为0. 2 lOMPa，保温时间为0. 5 50小时。
全文摘要
一种法拉第磁旋光透明陶瓷及其制备方法，该透明陶瓷的结构式为Tb3-xAxAl5-yByO12，其中A为Tm、Lu、Y或Gd；B为Sc或Ga；x和y的取值范围为0≤x≤2.9，0≤y≤5。其制备方法是按Tb3-xAxAl5-yByO12组份配置好原料，加入0.3wt％～0.7wt％的正硅酸乙酯做为添加剂，粉料经球磨、烘干、压片后，对其施以200MPa以上冷等静压力压制成坯体，再预烧去除有机成分；最后放入真空或热压烧结炉中烧结，得到Tb3-xAxAl5-yByO12磁旋光透明陶瓷。本发明陶瓷在可见-近红外波段具有较高的光学透过率和较高的Verdet常数，制备方法具有制备工艺简单、低成本，制备过程中无毒害等优点。
文档编号C04B35/505GK102093054SQ20101056875
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者周圣明, 林辉, 滕浩 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所