CN103708726B - 一种顺磁性旋光玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顺磁性旋光玻璃及其制备方法，首先将七氧化四铽、硼酸、氧化铝、磷酸二氢铵、氧化锑、碳化硅混合均匀得配合料；然后通过在空气气氛中高温熔融成玻璃液，最后将玻璃液浇注于不锈钢模具中成形，精密退火后即得顺磁性旋光玻璃。本发明通过配合料自身的氧化还原特性，既保证了玻璃中稀土离子的低价态，又保护了铂金坩埚不被侵蚀，避免了铂金离子进入玻璃。不但提高了顺磁性旋光玻璃的光学质量，而且改善和简化了顺磁性旋光玻璃的熔制工艺。所制备的顺磁性旋光玻璃稀土含量高、稀土离子价态低、Verdet常数高、玻璃透光率高、可见光范围内无吸收低、制备工艺操作过程简单、适于工业化生产。

Description

一种顺磁性旋光玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种顺磁性旋光玻璃及其制备方法。

背景技术

磁旋光材料是光电科技领域中一种重要的高新技术产品的核心材料，主要包括磁旋光晶体材料和非晶材料。与磁光晶体相比，磁光玻璃具有如下优势：①基质易于改变：玻璃成份可在很大范围内变动，加入不同种类和数量的稀土离子，为优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远程无序的结构特点，易获得均匀、各向同性的玻璃介质；③易于制备和加工：应用成熟的光学玻璃工艺可以获得光学性能好、尺寸大、透光性能优异的磁光玻璃。

近年来，各国科研工作者对磁光玻璃进行了广泛而深入的研究，从揭示磁光效应的本质到寻求更大Verdet常数的新玻璃基体，均已取得了一定的成果。但是，从总体上看，磁光玻璃的发展仍存在以下问题：（1）磁光玻璃Verdet常数不能满足市场需求：增大稀土在玻璃基体中的掺杂浓度可提高玻璃的Verdet常数，但稀土浓度的提高使玻璃的综合性能（如成玻性能、热稳性、化稳性等）下降；（2）引入稀土离子价态变化导致玻璃颜色加深及Verdet常数不高；（3）铂金坩埚氧化条件下使用及玻璃需要在还原条件下熔融之间的矛盾。

国内外在研究稀土掺杂磁光玻璃时，通常选用的玻璃基体是Al₂O₃-B₂O₃系统和Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂系统，稀土离子的掺入量受到严重限制，实用玻璃的Verdet常数较小，远远满足不了市场需求，主要是由于稀土价态的变化导致高稀土含量的玻璃颜色加深，无法满足使用要求。（1.单小兵,张其土,陆春华,倪亚茹,许仲梓.含Sm稀土硼硅酸盐玻璃的形成区及吸收谱线[J],南京工业大学学报，2003，02：36-39；2.单小兵,张其土,许仲梓.钐硼硅酸盐玻璃组成对吸收谱线的影响[J],南京工业大学学报，2004，04：31-34；3.张其土,王丽熙,付振晓,许仲梓.铒硼硅酸盐玻璃结构的研究[J],稀土，2006，01：19-22；4.聂秋华，李浩泉，徐铁峰.Er⁺³掺杂Bi₂O₃-B₂O₃-Ga₂O₃玻璃光谱性质及热稳定性研究[J],量子电子学报，2006，05：607-612；5.章春香，殷海荣，刘立营，磁光材料的典型效应及其应用[J].磁性材料及器件,2008,(03):8-11；6.殷海荣，章春香，刘立营，高Verdet常数Faraday玻璃磁光理论及其应用[J].硅酸盐通报,2008,(04):748-753；7.殷海荣，章春香，刘立营，李阳，唐保军，稀土法拉第磁光玻璃研究新进展[J].材料导报,2008,(03):7-10；8.殷海荣，汪涛，董继先，Tb³⁺/Dy³⁺共掺杂磁光玻璃的制备及性能研究[J].电子元件与材料,2010,(11):61-64；9.章春香，殷海荣，刘立营，唐保军，Tb₂O₃对磁光玻璃稳定性和微观结构的影响[J].武汉理工大学学报,2010,(05):27-30；10.殷海荣，汪涛，祖全先，杨明珍，冯敏鸽，掺Tb³⁺法拉第磁光玻璃研究新进展[J].中国陶瓷,2010,(10):3-6；11.殷海荣，章春香，刘立营，唐保军，Tb₂O₃对磁光玻璃形成区及物理化学性质的影响[J].中国稀土学报,2009,(01):57-62；12.章春香，陈国平，殷海荣，吴艳霞，刘立营，不同Tb₂O₃掺量GBS和ABS磁光玻璃的制备和性能研究[J].硅酸盐通报,2009,(02):274-278；13.殷海荣，章春香，Glass-forming Ability and Chemical Stabilityof Magneto-optical Glass Heavily Doped with Rare Earth Oxide[J].Journal of WuhanUniversity of Technology(Materials Science Edition),2009,(04):640-643）。

蒋亚丝等（蒋亚丝，周蓓明，王标，胡丽丽.高性能大口径顺磁旋光玻璃[J].光学学报，2009,29（11）：3157-3162.）以高含量Tb的Tb₂O₃-B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂为基本系统，制备出了最大V常数为-0.39min/Oe.cm（116.4rad/(T.m)）的磁光玻璃，其中铽含量在32mol%左右。其中没有公开其制备及成型工艺过程。其缺点是铽含量较低，V值偏小，以石英砂为主要原料无法满足熔制气氛要求。Tomokatsu等（H.Tomokatsu,N.Masayuki,N.Nishi,et al.Faraday rotation effect of highlyTb₂O₃/Dy₂O₃-concentrated B₂O₃-Ga₂O₃-SiO₂-P₂O₅glasses[J].Chem.Mater.2002,14:3223-3225.）制备了Tb/Dy共同掺杂的B₂O₃-Tb₂O₃-SiO₂–Ga₂O₃–P₂O₅为系统磁光玻璃，组成中Tb与Dy的用量高达50mol%，所制备的V值高达-0.63min/Oe.cm（185.3rad/(T.m)），但文中没有给出成型的工艺，及所制备试样的大小，能否制备用于激光隔离器的大尺寸旋光玻璃没有报道；此外，该系统存在熔制温度高，成玻性能差等缺点。日本住田公司（http://www.sumita-opt.co.jp/ja/products/optical/faraday.html）销售了一款V值达-0.487min/Oe.cm的磁光玻璃，但是没有公布其制备组成及工艺。从其发表的论文（1.田中勝久.希土類含有ガラスのファラデー効果[J].New Glasses,2003,18(4):10-14.2.S.B.Naruhito,M.R.Naoko,I.Z.Dai.Transparent glass gravitated to magnet—The glass containing much rare earth oxides[J].New Glass,2003,18(4):5-8.3.西直子，山嵜，沢登成人.ファラテー回转素子用ガラス[P].日本专利，1998-11-10.）来看，依然选用了B₂O₃-Tb₂O₃-SiO₂–Ga₂O₃–P₂O₅系统，添加的稀土有Tb，Dy，Yb等。文中所涉及的熔制温度高达1450℃，且熔制气氛须为还原性。且没有公开与铂金坩埚需要在氧化条件下使用之间的技术问题是如何解决，此外该制备工艺较为复杂。CN101948246A提供了一种高维尔德常数磁光玻璃及其制备方法，其原料组分以及摩尔百分比为：Tb₂O₃：15～40％；Dy₂O₃：0～25％；B₂O₃+SiO₂：30～60％；Ga₂O₃：0～30％；ZnO：0～10％；ZrO₂：0～8％；CaF₂：0～5％；P₂O₅：0～5％；TiO₂：0～10％。熔制温度为1350～1380℃，所制备的磁光玻璃的维尔德常数达-0.425min/Oe·cm(632.8nm)。此专利所选的系统依然为B₂O₃-Tb₂O₃-SiO₂-Ga₂O₃-P₂O₅系统，V值小于-0.45min/Oe·cm。CN1073927采用Tb₂O₃-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂系系统，制备了磁光玻璃，并采用二次熔融技术进行熔炼，所制备的磁光玻璃的弗尔德常数为0.26～0.38min/Oe·cm(波长为632.8nm)。同样存在V值小；此外，采用二次熔制工艺玻璃的颜色较深，对激光应用不利。CN1124722及CN101209897公开了一种含有氟化物的磁光玻璃，其V值依然小于-0.48min/Oe·cm；同时，所用原料成本高。CN100999384及CN101328018所提及的磁光玻璃中稀土含量较低，磁光V均较小，且对前人的改进不多。同样存在熔制温度高，工艺控制复杂，难于制备成大块试样等缺点。综上所述，关于在不影响铂金坩埚的使用条件，制备可见光范围内透光率高，无色透明，Verdet常数高的顺磁性旋光玻璃的研究国内外没有报道。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种通过SiC作为组成中引入的硅质原料，在空气中即可进行大规模熔制，不需要气氛保护的顺磁性旋光玻璃及其制备方法，该方法一方面保证了系统中稀土的低价态，可见光范围内无吸收，不会造成玻璃的颜色加深；另一方面保证了铂金坩埚的不会在高温下被侵蚀而进入玻璃中。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种顺磁性旋光玻璃，按照摩尔分数计，是由20～25mol%的SiC、35～42mol%的Tb₂O₃、18～20mol%的Al₂O₃、16～21mol%的B₂O₃、1～5%的P₂O₅以及0.1～2mol%的Sb₂O₃制成的。

一种顺磁性旋光玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1）顺磁性旋光玻璃毛坯的制备

1.1）按摩尔分数将20～25mol%的SiC、35～42mol%的Tb₂O₃、18～20mol%的Al₂O₃、16～21mol%的B₂O₃、1～5%的P₂O₅以及0.1～2mol%的Sb₂O₃放入球磨机中球磨至可通过200目标准筛，形成配合料；

1.2）将配合料的一半加入已经升温至1250℃的坩埚中，在10分钟内自室温升温至1440～1480℃，保温30分钟后，再将剩余的配合料加入坩埚中，再在10分钟内升温至1440～1480℃，保温60～120分钟后，采用搅拌桨，将玻璃液搅拌均匀；

1.3）通过30分钟将炉温降至1380℃，保温30分钟后，落下搅拌桨，将玻璃液搅拌均匀后，提出搅拌桨，保温30分钟，得到玻璃熔体；

1.4）将玻璃熔体浇注于380℃不锈钢模具中成型，待玻璃定型后，送入730～770℃的炉中，保温2小时后，以0.5～1℃/分钟的降温速率降至室温，得到顺磁性旋光玻璃毛坯；

2）顺磁性旋光玻璃的制备

2.1）对顺磁性旋光玻璃毛坯进行气泡、条纹、结石以及裂纹缺陷的检测，选定没有缺陷的部位；

2.2）对选定的没有缺陷的部位进行切割，抛光，得到试样毛坯；

2.3）将试样毛坯放入装有300目石英砂粉的不锈钢模具中；

2.4）将模具连同试样毛坯一起推入马弗炉中，自室温以5～10℃/小时的速率升温至730～770℃，保温10小时后以1～2℃/小时的降温速率降至室温，制得顺磁性旋光玻璃。

所述的步骤1.2）中，所述的坩埚均采用铂金坩埚。

所述的步骤1.2）中，以120转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌，搅拌时间为1～2小时。

所述的步骤1.3）中，以80～110转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌，搅拌时间为6～8小时。

所述的步骤1.2）和步骤1.3）中所使用的搅拌桨均为铂金搅拌桨。

所述SiC的粒度大于600目。

所述的B₂O₃在放入球磨机前需要在250℃干燥10小时后，破碎球磨至粒度大于200目。

本发明顺磁性旋光玻璃稀土含量高、稀土离子价态低、Verdet常数高、玻璃透光率高、可见光范围内无吸收低、制备工艺操作过程简单、适于工业化生产。

本发明顺磁性旋光玻璃的制备方法，通过SiC作为组成中引入的硅质原料，在空气中即可进行大规模熔制，不需要气氛保护；通过配合料自身的氧化还原特性，既保证了玻璃中稀土离子的低价态，可见光范围内无吸收，不会造成玻璃的颜色加深；还保护了铂金坩埚，避免了铂金离子进入玻璃。不但提高了顺磁性旋光玻璃的光学质量，而且改善和简化了顺磁性旋光玻璃的熔制工艺。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明：

本发明顺磁性旋光玻璃的制备方法，包括以下步骤：

第一步，顺磁性旋光玻璃毛坯的制备

1）首先，按摩尔分数将20～25mol%的SiC，35～42mol%的Tb₂O₃，18～20mol%的Al₂O₃，16～21mol%的B₂O₃，1～5%的P₂O₅，0.1～2mol%的Sb₂O₃放入球磨机中球磨至可通过200目标准筛，形成配合料；其中，SiC由分析纯的碳化硅引入，粒度大于600目；B₂O₃由分析纯的无水硼酸引入，使用前需要在250℃干燥10小时后，破碎球磨至粒度大于200目；Tb₂O₃、B₂O₃、Al₂O₃、P₂O₅、Sb₂O₃均通过分析出的七氧化四铽、硼酸、氧化铝、磷酸二氢铵、氧化锑引入。

2）然后，将配合料的一半加入已经升温至1250℃的铂金坩埚中，再经10分钟自室温升温至1440～1480℃，并保温30分钟后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中，再次经10分钟升温至1440～1480℃，保温60～120分钟后，采用铂金搅拌桨，以120转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌1～2小时；

3）然后，通过30分钟将炉温降至1380℃，保温30分钟后，落下铂金搅拌桨，以80～110转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌6～8小时后，提出搅拌桨，保温30分钟；

4）最后，将玻璃熔体浇注于380℃不锈钢模具中成型，待玻璃定型后，送入730～770℃的炉中，保温2小时后，以0.5～1℃/分钟的降温速率降至室温，得熔制均匀的顺磁性旋光玻璃毛坯。

第二步，顺磁性旋光玻璃的制备

1）首先，对粗退火后的玻璃毛坯进行气泡、条纹、结石、裂纹等缺陷的检测，选定没有缺陷的部位；

2）其次，对选定没有缺陷的部位进行切割，抛光，得到试样毛坯；

3）然后，将试样毛坯放入装有300目的石英砂粉不锈钢模具中；

4）最后，将模具连同试样毛坯一起推入马弗炉中，自室温以5～10℃/小时的速率升温至730～770℃，保温10小时后以1～2℃/小时的降温速率降至室温，制得光学均匀性良好的顺磁性旋光玻璃。

下面介绍本发明的几个具体的实施例：

实施例1：

第一步，顺磁性旋光玻璃毛坯的制备

1）首先，按摩尔分数将25mol%的SiC，35mol%的Tb₂O₃，18mol%的Al₂O₃，19mol%的B₂O₃，1%的P₂O₅，2mol%的Sb₂O₃放入球磨机中球磨至可通过200目标准筛，形成配合料；

2）然后，将配合料的一半加入已经升温至1250℃的铂金坩埚中，再经10分钟升温至1450℃，并保温30分钟后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中，再次经10分钟升温至1450℃，保温60分钟后，采用铂金搅拌桨，以120转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌1.5小时；

3）然后，通过30分钟将炉温降至1380℃，保温30分钟后，落下铂金搅拌桨，以80转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌8小时后，提出搅拌桨，保温30分钟；

4）最后，将玻璃熔体浇注于380℃不锈钢模具中成型，待玻璃定型后，送入730℃的炉中，保温2小时后，以1℃/分钟的降温速率降至室温，得熔制均匀的顺磁性旋光玻璃毛坯。

第二步，顺磁性旋光玻璃的制备

1）首先，对粗退火后的玻璃毛坯进行气泡、条纹、结石、裂纹等缺陷的检测，选定没有缺陷的部位；

2）其次，对选定没有缺陷的部位进行切割，抛光，得到试样毛坯；

3）然后，将试样毛坯放入装有300目的石英砂粉不锈钢模具中；

4）最后，将模具连同试样毛坯一起推入马弗炉中，自室温以5℃/小时的速率升温至730℃，保温10小时后以2℃/小时的降温速率降至室温，制得光学均匀性良好的顺磁性旋光玻璃。

通过WFC法拉第效应测试仪测试试样的Verdet常数为-0.4356min/Oe.cm。

实施例2：

第一步，顺磁性旋光玻璃毛坯的制备

1）首先，按摩尔分数将24mol%的SiC，36mol%的Tb₂O₃，19mol%的Al₂O₃，17mol%的B₂O₃，2%的P₂O₅，2mol%的Sb₂O₃放入球磨机中球磨至可通过200目标准筛，形成配合料；

2）然后，将配合料的一半加入已经升温至1250℃的铂金坩埚中，再经10分钟升温至1480℃，并保温30分钟后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中，再次经10分钟升温至1480℃，保温80分钟后，采用铂金搅拌桨，以120转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌2小时；

3）然后，通过30分钟将炉温降至1380℃，保温30分钟后，落下铂金搅拌桨，以90转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌6小时后，提出搅拌桨，保温30分钟；

4）最后，将玻璃熔体浇注于380℃不锈钢模具中成型，待玻璃定型后，送入740℃的炉中，保温2小时后，以0.5℃/分钟的降温速率降至室温，得熔制均匀的顺磁性旋光玻璃毛坯。

第二步，顺磁性旋光玻璃的制备

1）首先，对粗退火后的玻璃毛坯进行气泡、条纹、结石、裂纹等缺陷的检测，选定没有缺陷的部位；

2）其次，对选定没有缺陷的部位进行切割，抛光，得到试样毛坯；

3）然后，将试样毛坯放入装有300目的石英砂粉不锈钢模具中；

4）最后，将模具连同试样毛坯一起推入马弗炉中，自室温以10℃/小时的速率升温至740℃，保温10小时后以2℃/小时的降温速率降至室温，制得光学均匀性良好的顺磁性旋光玻璃。

通过WFC法拉第效应测试仪测试试样的Verdet常数为-0.4477min/Oe.cm。

实施例3：

第一步，顺磁性旋光玻璃毛坯的制备

1）首先，按摩尔分数将20mol%的SiC，38mol%的Tb₂O₃，19mol%的Al₂O₃，18mol%的B₂O₃，4%的P₂O₅，1mol%的Sb₂O₃放入球磨机中球磨至可通过200目标准筛，形成配合料；

2）然后，将配合料的一半加入已经升温至1250℃的铂金坩埚中，再经10分钟升温至1455℃，并保温30分钟后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中，再次经10分钟升温至1455℃，保温80分钟后，采用铂金搅拌桨，以120转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌1.5小时；

3）然后，通过30分钟将炉温降至1380℃，保温30分钟后，落下铂金搅拌桨，以100转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌7小时后，提出搅拌桨，保温30分钟；

4）最后，将玻璃熔体浇注于380℃不锈钢模具中成型，待玻璃定型后，送入740℃的炉中，保温2小时后，以0.5℃/分钟的降温速率降至室温，得熔制均匀的顺磁性旋光玻璃毛坯。

第二步，顺磁性旋光玻璃的制备

1）首先，对粗退火后的玻璃毛坯进行气泡、条纹、结石、裂纹等缺陷的检测，选定没有缺陷的部位；

2）其次，对选定没有缺陷的部位进行切割，抛光，得到试样毛坯；

3）然后，将试样毛坯放入装有300目的石英砂粉不锈钢模具中；

4）最后，将模具连同试样毛坯一起推入马弗炉中，自室温以8℃/小时的速率升温至740℃，保温10小时后以1.5℃/小时的降温速率降至室温，制得光学均匀性良好的顺磁性旋光玻璃。

通过WFC法拉第效应测试仪测试试样的Verdet常数为-0.4598min/Oe.cm。

实施例4：

第一步，顺磁性旋光玻璃毛坯的制备

1）首先，按摩尔分数将20mol%的SiC，39mol%的Tb₂O₃，18mol%的Al₂O₃，21mol%的B₂O₃，1%的P₂O₅，1mol%的Sb₂O₃放入球磨机中球磨至可通过200目标准筛，形成配合料；

2）然后，将配合料的一半加入已经升温至1250℃的铂金坩埚中，再经10分钟升温至1455℃，并保温30分钟后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中，再次经10分钟升温至1455℃，保温110分钟后，采用铂金搅拌桨，以120转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌1.6小时；

3）然后，通过30分钟将炉温降至1380℃，保温30分钟后，落下铂金搅拌桨，以110转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌6.5小时后，提出搅拌桨，保温30分钟；

4）最后，将玻璃熔体浇注于380℃不锈钢模具中成型，待玻璃定型后，送入750℃的炉中，保温2小时后，以1℃/分钟的降温速率降至室温，得熔制均匀的顺磁性旋光玻璃毛坯。

第二步，顺磁性旋光玻璃的制备

1）首先，对粗退火后的玻璃毛坯进行气泡、条纹、结石、裂纹等缺陷的检测，选定没有缺陷的部位；

2）其次，对选定没有缺陷的部位进行切割，抛光，得到试样毛坯；

3）然后，将试样毛坯放入装有300目的石英砂粉不锈钢模具中；

4）最后，将模具连同试样毛坯一起推入马弗炉中，自室温以8℃/小时的速率升温至750℃，保温10小时后以2℃/小时的降温速率降至室温，制得光学均匀性良好的顺磁性旋光玻璃。

通过WFC法拉第效应测试仪测试试样的Verdet常数为-0.4719min/Oe.cm。

实施例5：

第一步，顺磁性旋光玻璃毛坯的制备

1）首先，按摩尔分数将20.5mol%的SiC，40mol%的Tb₂O₃，18mol%的Al₂O₃，20mol%的B₂O₃，1%的P₂O₅，0.5mol%的Sb₂O₃放入球磨机中球磨至可通过200目标准筛，形成配合料；

2）然后，将配合料的一半加入已经升温至1250℃的铂金坩埚中，再经10分钟升温至1460℃，并保温30分钟后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中，再次经10分钟升温至1460℃，保温90分钟后，采用铂金搅拌桨，以120转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌2小时；

3）然后，通过30分钟将炉温降至1380℃，保温30分钟后，落下铂金搅拌桨，以100转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌8小时后，提出搅拌桨，保温30分钟；

4）最后，将玻璃熔体浇注于380℃不锈钢模具中成型，待玻璃定型后，送入760℃的炉中，保温2小时后，以0.8℃/分钟的降温速率降至室温，得熔制均匀的顺磁性旋光玻璃毛坯。

第二步，顺磁性旋光玻璃的制备

1）首先，对粗退火后的玻璃毛坯进行气泡、条纹、结石、裂纹等缺陷的检测，选定没有缺陷的部位；

2）其次，对选定没有缺陷的部位进行切割，抛光，得到试样毛坯；

3）然后，将试样毛坯放入装有300目的石英砂粉不锈钢模具中；

4）最后，将模具连同试样毛坯一起推入马弗炉中，自室温以8℃/小时的速率升温至760℃，保温10小时后以2℃/小时的降温速率降至室温，制得光学均匀性良好的顺磁性旋光玻璃。

通过WFC法拉第效应测试仪测试试样的Verdet常数为-0.484min/Oe.cm。

实施例6：

第一步，顺磁性旋光玻璃毛坯的制备

1）首先，按摩尔分数将21mol%的SiC，42mol%的Tb₂O₃，19mol%的Al₂O₃，16.2mol%的B₂O₃，1%的P₂O₅，0.8mol%的Sb₂O₃放入球磨机中球磨至可通过200目标准筛，形成配合料；

2）然后，将配合料的一半加入已经升温至1250℃的铂金坩埚中，再经10分钟升温至1470℃，并保温30分钟后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中，再次经10分钟升温至1470℃，保温120分钟后，采用铂金搅拌桨，以120转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌1.4小时；

3）然后，通过30分钟将炉温降至1380℃，保温30分钟后，落下铂金搅拌桨，以80转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌6小时后，提出搅拌桨，保温30分钟；

4）最后，将玻璃熔体浇注于380℃不锈钢模具中成型，待玻璃定型后，送入770℃的炉中，保温2小时后，以1℃/分钟的降温速率降至室温，得熔制均匀的顺磁性旋光玻璃毛坯。

第二步，顺磁性旋光玻璃的制备

1）首先，对粗退火后的玻璃毛坯进行气泡、条纹、结石、裂纹等缺陷的检测，选定没有缺陷的部位；

2）其次，对选定没有缺陷的部位进行切割，抛光，得到试样毛坯；

3）然后，将试样毛坯放入装有300目的石英砂粉不锈钢模具中；

4）最后，将模具连同试样毛坯一起推入马弗炉中，自室温以5℃/小时的速率升温至770℃，保温10小时后以1℃/小时的降温速率降至室温，制得光学均匀性良好的顺磁性旋光玻璃。

通过WFC法拉第效应测试仪测试试样的Verdet常数为-0.5082min/Oe.cm。

实施例7：

第一步，顺磁性旋光玻璃毛坯的制备

1）首先，按摩尔分数将21mol%的SiC，37.9mol%的Tb₂O₃，20mol%的Al₂O₃，16mol%的B₂O₃，5%的P₂O₅，0.1mol%的Sb₂O₃放入球磨机中球磨至可通过200目标准筛，形成配合料；

2）然后，将配合料的一半加入已经升温至1250℃的铂金坩埚中，再经10分钟升温至1440℃，并保温30分钟后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中，再次经10分钟升温至1440℃，保温100分钟后，采用铂金搅拌桨，以120转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌1小时；

3）然后，通过30分钟将炉温降至1380℃，保温30分钟后，落下铂金搅拌桨，以95转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌7小时后，提出搅拌桨，保温30分钟；

4）最后，将玻璃熔体浇注于380℃不锈钢模具中成型，待玻璃定型后，送入750℃的炉中，保温2小时后，以0.7℃/分钟的降温速率降至室温，得熔制均匀的顺磁性旋光玻璃毛坯。

第二步，顺磁性旋光玻璃的制备

1）首先，对粗退火后的玻璃毛坯进行气泡、条纹、结石、裂纹等缺陷的检测，选定没有缺陷的部位；

2）其次，对选定没有缺陷的部位进行切割，抛光，得到试样毛坯；

3）然后，将试样毛坯放入装有300目的石英砂粉不锈钢模具中；

4）最后，将模具连同试样毛坯一起推入马弗炉中，自室温以7℃/小时的速率升温至750℃，保温10小时后以1.5℃/小时的降温速率降至室温，制得光学均匀性良好的顺磁性旋光玻璃。

通过WFC法拉第效应测试仪测试试样的Verdet常数为-0.4973min/Oe.cm。

本发明通过配合料自身的氧化还原特性，不用气氛保护，在空气中熔制了高V值磁光玻璃，熔制温度低，避免了温度过高，熔体中硼原料的挥发，保证了组成的一致。既保证了玻璃中稀土离子的低价态，还保护了铂金坩埚，避免了铂金离子进入玻璃。不但提高了顺磁性旋光玻璃的光学质量，而且改善和简化了顺磁性旋光玻璃的熔制工艺。所制备的顺磁性旋光玻璃稀土含量高、稀土离子价态低、Verdet常数高、玻璃透光率高、可见光范围内无吸收低、制备工艺操作过程简单、适于工业化生产。所制备的高Verdet常数顺磁性旋光玻璃可作为优良的快速光学开关、磁光调制器和磁光隔离器等。因此，用该方法制备的高Verdet常数法拉第旋光玻璃具有可观的经济和社会效益，应用前景十分广阔。

Claims (8)

1.一种顺磁性旋光玻璃，其特征在于：按照摩尔分数计，是由20～25mol%的SiC、35～42mol%的Tb₂O₃、18～20mol%的Al₂O₃、16～21mol%的B₂O₃、1～5%的P₂O₅以及0.1～2mol%的Sb₂O₃制成的。

2.一种顺磁性旋光玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）顺磁性旋光玻璃毛坯的制备

1.1）按摩尔分数将20～25mol%的SiC、35～42mol%的Tb₂O₃、18～20mol%的Al₂O₃、16～21mol%的B₂O₃、1～5%的P₂O₅以及0.1～2mol%的Sb₂O₃放入球磨机中球磨至可通过200目标准筛，形成配合料；

1.2）将配合料的一半加入已经升温至1250℃的坩埚中，在10分钟内自室温升温至1440～1480℃，保温30分钟后，再将剩余的配合料加入坩埚中，再在10分钟内升温至1440～1480℃，保温60～120分钟后，采用搅拌桨，将玻璃液搅拌均匀；

1.3）通过30分钟将炉温降至1380℃，保温30分钟后，落下搅拌桨，将玻璃液搅拌均匀后，提出搅拌桨，保温30分钟，得到玻璃熔体；

1.4）将玻璃熔体浇注于380℃不锈钢模具中成型，待玻璃定型后，送入730～770℃的炉中，保温2小时后，以0.5～1℃/分钟的降温速率降至室温，得到顺磁性旋光玻璃毛坯；

2）顺磁性旋光玻璃的制备

2.1）对顺磁性旋光玻璃毛坯进行气泡、条纹、结石以及裂纹缺陷的检测，选定没有缺陷的部位；

2.2）对选定的没有缺陷的部位进行切割，抛光，得到试样毛坯；

2.3）将试样毛坯放入装有300目石英砂粉的不锈钢模具中；

2.4）将模具连同试样毛坯一起推入马弗炉中，自室温以5～10℃/小时的速率升温至730～770℃，保温10小时后以1～2℃/小时的降温速率降至室温，制得顺磁性旋光玻璃。

3.根据权利要求2所述的顺磁性旋光玻璃的制备方法，其特征在于：所述的步骤1.2）中，所述的坩埚均采用铂金坩埚。

4.根据权利要求2所述的顺磁性旋光玻璃的制备方法，其特征在于：所述的步骤1.2）中，以120转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌，搅拌时间为1～2小时。

5.根据权利要求2所述的顺磁性旋光玻璃的制备方法，其特征在于：所述的步骤1.3）中，以80～110转/分钟的转数对玻璃液进行搅拌，搅拌时间为6～8小时。

6.根据权利要求2、3、4或5所述的顺磁性旋光玻璃的制备方法，其特征在于：所述的步骤1.2）和步骤1.3）中所使用的搅拌桨均为铂金搅拌桨。

7.根据权利要求2所述的顺磁性旋光玻璃的制备方法，其特征在于：所述SiC的粒度大于600目。

8.根据权利要求2所述的顺磁性旋光玻璃的制备方法，其特征在于：所述的B₂O₃在放入球磨机前需要在250℃干燥10小时后，破碎球磨至粒度大于200目。