專利名稱：一種逆磁性法拉第旋光玻璃的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種旋光玻璃的制備方法，特別涉及一種逆磁性法拉第旋光玻璃的制備方法。
背景技術：
磁光材料是磁光高科技領域中一種重要的高新技術密集產品的核心材料，主要包括磁光液體材料、磁光晶體材料和磁光玻璃材料。某些液體具有顯著的磁致雙折射效應，但是這些液體的科頓-蒙頓常數比其他光克爾常數小得多，實際上很少作為磁光介質來使用。磁光晶體具有突出的磁光效應，但晶體固有的缺陷，如不宜制成大體積塊材、不 能形成復雜的形狀以及由于晶體的各向異性而產生雙折射等，使其應用范圍受到很大限制。磁光玻璃材料具有較強的磁光效應。其結構上常由未成對電子的重金屬原子或有大的自旋和軌道磁矩的磁性分子組成。磁光玻璃材料分為逆磁性磁光玻璃材料和順磁性磁光玻璃材料。與其他磁光材料相比，逆磁性磁光玻璃具有如下優勢①基質易于改變玻璃成份可在很大范圍內變動，加入不同種類和數量的重金屬離子，為優化磁光性能提供了很好的前提；②各向同性由于玻璃近程有序和遠程無序的結構特點，易獲得均勻、各向同性的玻璃介質；③易于制備和加工應用成熟的光學玻璃工藝可以獲得光學性能好、尺寸大、透光性能優異的磁光玻璃 ，④無溫度效應，菲爾德常數不隨溫度的變化而變化，磁光效應穩定。近年來，各國科研工作者對磁光玻璃材料進行了廣泛而深入的研究，從揭示磁光效應的本質到尋求更大Verdet常數的新玻璃基體，均已取得了一定的成果。但是，從總體上看，磁光玻璃的發展仍存在以下問題(I)磁光玻璃Verdet常數不能滿足市場需求增大抗磁性離子在玻璃基體中的摩爾濃度可提高玻璃的Verdet常數，但抗磁性離子濃度的提高使玻璃的綜合性能(如成玻性能、熱穩性、化穩性等)下降；(2)溫度效應是阻礙磁玻璃應用發展的主要因素，開發費爾德常數不隨溫度變化、磁光效應穩定的磁光玻璃是當前的重要任務；(3)由于費爾德常數的測量裝置不夠規范，各國制造的磁光玻璃費爾德常數沒有一個統一的標準，而光學堿度與折射率和逆磁性有正相關關系，因此可米用光學堿度來衡量逆磁性磁光玻璃的逆磁性大小；在外加磁場中，具有惰性氣體電子層結構的離子顯示出逆磁性。構成玻璃的網絡形成體和網絡外體離子都具有填滿的電子層結構，因此在磁場中顯示出逆磁性。玻璃中的離子具有大的離子半徑和易極化的外層電子結構，以及具有S2 — SP (包括Istl — lPl、3Pl)電子躍遷模式，玻璃就有大的費爾德常數，因此在光學玻璃材料中有著廣泛而重要的應用。隨著信息技術、激光技術、電子技術和空間技術等的發展，各種光功能玻璃材料成為一個研究熱點。國內外在研究磁光玻璃時，通常研究順磁性磁光玻璃，但是順磁性磁光玻璃的費爾德常數會隨著溫度的發生變化而變化，磁光效應不穩定。逆磁性磁光玻璃的費爾德常數不隨溫度變化，磁光效應穩定，但是Verdet常數較小，遠遠滿足不了市場需求。有關逆磁性磁光玻璃的研究較主要以重火石玻璃為主，而關于重金屬氧化物逆磁性磁光玻璃的研究較少。有關銫摻雜重金屬逆磁性磁光玻璃的研究及應用未見報道。

發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種銫摻雜量高、配方組成少、透光率高、化學穩定性優良、費爾德常數不隨溫度變化的重金屬逆磁性法拉第旋光玻璃的制備方法。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是I)首先，按照摩爾分數將30 70%的Bi2O3,10 25%的Li20,10 50%的B2O3, 5 25%的CsCl,0. I 1%的Sb2O3和0. 5 1%的ZnO混合均勻后，形成配合料；2)然后，將配合料的一半加入已經升溫至550°C的剛玉坩堝中，通過10分鐘升溫至800°C，并保溫20分鐘；然后，將剩余配合料再加入剛玉坩堝中，保溫60min后，采用攪料 棒對玻璃液攪拌，再通過10分鐘升溫至850 950°C，保溫30min后，再次采用攪料棒對玻璃液攪拌，再次保溫30min后，將玻璃液澆注于已預熱至300°C的石墨磨具中成型；3)最后，將成型后的試樣送入340°C的馬弗爐中保溫3h ;以0. 5 1°C /分鐘的速率，將試樣冷卻至室溫即得高摻量銫法拉第旋光玻璃。所述的B2O3由分析純的硼酸引入，Bi2O3由分析純的氧化鉍或硝酸鉍引入，Li2O由分析純的碳酸鋰引入，CsCl由分析純的氯化銫引入，Sb203、Zn0分別由分析純的氧化鋪和氧化鋅引入。本發明通過高溫熔融法制備高摻量銫法拉第旋光玻璃，所制備的法拉第磁光玻璃氯化銫含量高，產品質量穩定，法拉第效應明顯，費爾德常數大，費爾德常數不隨溫度變化，試樣在可見光范圍內透光率高，試樣化學穩定性優良。制備工藝操作過程簡單，熔制溫度低，成本低廉，節能環保，適于工業化生產。


圖I是實施例I制備的高摻量銫重金屬法拉第旋光玻璃的透光率曲線圖，其中橫坐標為入射光波長，縱坐標為透光率。圖2是實施例I制備的高摻量銫重金屬法拉第旋光玻璃的熱膨脹曲線圖，其中橫坐標為試樣溫度，縱坐標為試樣的伸長率。
具體實施例方式實施例I 1)首先，按照摩爾分數將30%的Bi2O3,10%的Li2O, 50%的B2O3,8%的CsCl，1%的Sb2O3和1%的ZnO混合均勻后，形成配合料；2)然后，將配合料的一半加入已經升溫至550°C的剛玉坩堝中，通過10分鐘升溫至800°C，并保溫20分鐘；然后，將剩余配合料再加入剛玉坩堝中，保溫60min后，采用攪料棒對玻璃液攪拌，再通過10分鐘升溫至850°C，保溫30min后，再次采用攪料棒對玻璃液攪拌，再次保溫30min后，將玻璃液澆注于已預熱至300°C的石墨磨具中成型；3)最后，將成型后的試樣送入340°C的馬弗爐中保溫3h ;以0. 5°C /分鐘的速率，將試樣冷卻至室溫即得高摻量銫法拉第旋光玻璃。
本發明的B2O3由分析純的硼酸引入，Bi2O3由分析純的氧化鉍或硝酸鉍引入，Li2O由分析純的碳酸鋰引入，CsCl由分析純的氯化銫引入，Sb203、Zn0分別由分析純的氧化鋪和氧化鋅引入。通過WFC法拉第效應測試儀測試試樣的費爾德常數為0. 121min/0e. cm,通過分光光度計測試試樣的透光率曲線如圖I所示，通過NETZSCH DIL 402PC測試樣的線膨脹曲線如圖2所示。參見附圖1，是所制備高摻量銫重金屬法 拉第旋光玻璃可見光范圍內的透光率曲線，其中橫坐標為入射光波長，縱坐標為透光率。由圖I可以看出，所制備的高摻量銫重金屬法拉第旋光玻璃，在800-900nm波長范圍內，5. 5mm厚的試樣透光率大于70% ;在700-800nm波長范圍內，5. 5mm厚的試樣透光率接近70%。參見附圖2，是所制備高摻量銫重金屬法拉第旋光玻璃，室溫至440°C的熱膨脹曲線圖，其中橫坐標為試樣溫度，縱坐標為試樣的伸長率。由圖2可以看出，所制備的高摻量銫法拉第旋光玻璃的線膨脹系數為9. 245X 10_6/°C，轉變溫度為395. 3°C。實施例2 :實施例I :I)首先，按照摩爾分數將70%的Bi2O3,10%的Li20,10%的B2O3,
9.4%的CsCl,0. 1%的Sb2O3和0. 5%的ZnO混合均勻后，形成配合料；2)然后，將配合料的一半加入已經升溫至550°C的剛玉坩堝中，通過10分鐘升溫至800°C，并保溫20分鐘；然后，將剩余配合料再加入剛玉坩堝中，保溫60min后，采用攪料棒對玻璃液攪拌，再通過10分鐘升溫至900°C，保溫30min后，再次采用攪料棒對玻璃液攪拌，再次保溫30min后，將玻璃液澆注于已預熱至300°C的石墨磨具中成型；3)最后，將成型后的試樣送入340°C的馬弗爐中保溫3h ;以1°C /分鐘的速率，將試樣冷卻至室溫即得高摻量銫法拉第旋光玻璃。通過WFC法拉第效應測試儀測試試樣的費爾德常數為0. 143min/0e. cm。實施例3 :實施例I :I)首先，按照摩爾分數將40%的Bi2O3, 25%的Li2O, 20%的B2O3,14%的CsCl,0. 5%的Sb2O3和0. 5%的ZnO混合均勻后，形成配合料；2)然后，將配合料的一半加入已經升溫至550°C的剛玉坩堝中，通過10分鐘升溫至800°C，并保溫20分鐘；然后，將剩余配合料再加入剛玉坩堝中，保溫60min后，采用攪料棒對玻璃液攪拌，再通過10分鐘升溫至880°C，保溫30min后，再次采用攪料棒對玻璃液攪拌，再次保溫30min后，將玻璃液澆注于已預熱至300°C的石墨磨具中成型；3)最后，將成型后的試樣送入340°C的馬弗爐中保溫3h ;以0. 5°C /分鐘的速率，將試樣冷卻至室溫即得高摻量銫法拉第旋光玻璃。通過WFC法拉第效應測試儀測試試樣的費爾德常數為0. 158min/0e. cm。實施例4 :實施例I :1)首先，按照摩爾分數將44%的Bi2O3,15%的Li20,15%的民03，25%的CsCl,0. 2%的Sb2O3和0. 8%的ZnO混合均勻后，形成配合料；2)然后，將配合料的一半加入已經升溫至550°C的剛玉坩堝中，通過10分鐘升溫至800°C，并保溫20分鐘；然后，將剩余配合料再加入剛玉坩堝中，保溫60min后，采用攪料棒對玻璃液攪拌，再通過10分鐘升溫至950°C，保溫30min后，再次采用攪料棒對玻璃液攪拌，再次保溫30min后，將玻璃液澆注于已預熱至300°C的石墨磨具中成型；3)最后，將成型后的試樣送入340°C的馬弗爐中保溫3h ;以0. 5°C /分鐘的速率，將試樣冷卻至室溫即得高摻量銫法拉第旋光玻璃。
通過WFC法拉第效應測試儀測試試樣的費爾德常數為0. 167min/0e. cm。實施例5 :實施例I :I)首先，按照摩爾分數將44%的Bi2O3, 20%的Li2O, 30%的B2O3,5%的CsCl,0. 3%的Sb2O3和0. 7%的ZnO混合均勻后，形成配合料；2)然后，將配合料的一半加入已經升溫至550°C的剛玉坩堝中，通過10分鐘升溫至800°C，并保溫20分鐘；然后，將剩余配合料再加入剛玉坩堝中，保溫60min后，采用攪料棒對玻璃液攪拌，再通過10分鐘升溫至920°C，保溫30min后，再次采用攪料棒對玻璃液攪拌，再次保溫30min后，將玻璃液澆注于已預熱至300°C的石墨磨具中成型；3)最后，將成型后的試樣送入340°C的馬弗爐中保溫3h ;以1°C /分鐘的速率，將試樣冷卻至室溫即得高摻量銫法拉第旋光玻璃。通過WFC法拉第效應測試儀測試試樣的費爾德常數為0. 192min/0e. cm。本發明通過高溫熔融法制備了銫摻雜重金屬逆磁性法拉第旋光玻璃，所制備的法 拉第磁光玻璃氯化銫含量高，法拉第效應明顯，費爾德常數大，費爾德常數不隨溫度變化，化學穩定性優良。所制備的銫摻雜重金屬逆磁性法拉第旋光玻璃在700-800nm波長，以及800-900nm波長范圍內具有選擇性強，透光率高的顯著特點，對于制備選擇高性能磁光調制器、隔離器、光克爾快門、相移器、鎖式開關、激光雷達、測距、光通信、激光陀螺和激光放大器等具有廣闊的應用前景。因此，用該方法制備的銫摻雜重金屬逆磁性法拉第旋光玻璃具有可觀的經濟和社會效益，應用前景十分廣闊。
權利要求
1.一種逆磁性法拉第旋光玻璃的制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)首先，按照摩爾分數將30 70%的Bi2O3,10 25%的Li20,10 50%的B2O3,5 25%的CsCl,0. I 1%的Sb2O3和0. 5 1%的ZnO混合均勻后，形成配合料； 2)然后，將配合料的一半加入已經升溫至550°C的剛玉坩堝中，通過10分鐘升溫至800°C，并保溫20分鐘；然后，將剩余配合料再加入剛玉坩堝中，保溫60min后，采用攪料棒對玻璃液攪拌，再通過10分鐘升溫至850 950°C，保溫30min后，再次采用攪料棒對玻璃液攪拌，再次保溫30min后，將玻璃液澆注于已預熱至300°C的石墨磨具中成型； 3)最后，將成型后的試樣送入340°C的馬弗爐中保溫3h;以0. 5 1°C /分鐘的速率，將試樣冷卻至室溫即得高摻量銫法拉第旋光玻璃。
2.根據權利要求I所述的逆磁性法拉第旋光玻璃的制備方法，其特征在于所述的B2O3由分析純的硼酸引入，Bi2O3由分析純的氧化鉍或硝酸鉍引入，Li2O由分析純的碳酸鋰引入，CsCl由分析純的氯化銫引入，Sb203、ZnO分別由分析純的氧化銻和氧化鋅引入。
全文摘要
一種逆磁性法拉第旋光玻璃的制備方法，將Bi2O3，Li2O，B2O3，CsCl，Sb2O3和ZnO混合均勻后得配合料；將配合料的一半加入已經升溫至550℃的剛玉坩堝中，升溫至800℃后，將剩余配合料再加入剛玉坩堝中，攪拌，再升溫至850～950℃，保溫后，再次攪拌，再次保溫30min后，將玻璃液澆注于已預熱至300℃的石墨磨具中成型；最后，將成型后的試樣送入340℃的馬弗爐中保溫3h后得高摻量銫法拉第旋光玻璃。本發明通過高溫熔融法制備高摻量銫法拉第旋光玻璃，所制備的法拉第磁光玻璃氯化銫含量高，產品質量穩定，法拉第效應明顯，費爾德常數大，費爾德常數不隨溫度變化，試樣在可見光范圍內透光率高，試樣化學穩定性優良。制備工藝操作過程簡單，熔制溫度低，成本低廉，節能環保，適于工業化生產。
文檔編號C03C4/00GK102745901SQ201210237439
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者劉新年, 劉盼, 李啟甲, 李忠利, 殷海榮, 王順逆, 董繼先, 郭宏偉 申請人:陜西科技大學