CN104609849B - Si/Ti掺杂的铽铝石榴石法拉第磁旋光透明陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Si/Ti掺杂的铽铝石榴石法拉第磁旋光透明陶瓷及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种Si/Ti掺杂的铽铝石榴石法拉第磁旋光透明陶瓷结构式为：Tb3Al5‑xSiyTizO12，其中，y+z＝x，x、y和z的取值范围为0.01≤x≤0.06，0≤y≤0.06，0≤z≤0.06。其制备方法是：按Tb3Al5‑ xSiyTizO12组份配好原料，加入0.3wt％～0.7wt％的正硅酸乙酯经球磨、烘干、过筛、压片后，施以150MPa以上冷等静压力压制成坯体，预烧去除有机成分后，放入烧结炉中烧结得到Tb3Al5‑xSiyTizO12透明陶瓷。本发明在可见‑近红外波段具有较高的光学透过率并保持原基质TAG较高的Verdet常数，具有制备工艺简单、成本低及制备周期短等优点。

Description

Si/Ti掺杂的铽铝石榴石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，具体是一种Si/Ti掺杂的铽铝石榴石法拉第磁旋光透明陶瓷及其制备方法。
背景技术
磁旋光材料在光通信、高功率激光加工等领域具有非常重要的应用。铽铝石榴石(Tb3Al5O12,简记为TAG)是目前人们普遍认为在可见-近红外波段最理想的磁旋光材料，适用波长为：400-1100nm(不包括470-500nm)。
TAG与目前使用最普遍的铽镓石榴石(Tb3Ga5O12,简记为TGG)磁旋光材料相比其具有更高的Verdet常数、制备成本较低且在可见光-近红外区域均有较高的透过率、无毒害等优点。它不仅是一种很有潜力的磁旋光材料，还可以作为激光介质(CN1393422A)和闪烁透明材料(CN101514100A)，引起了广大科学研究者的关注。
TAG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。尽管如此，国内、国际的研究者们还是进行了大量尝试。例如，利用微型下拉法(Micro-pulling down method)(见参考文献1“Growthconditions and composition of terbium aluminum garnet single crystalsgrown by the micro pulling down technique”,S.Ganschow,D.Klimm,B.M.Epelbaum,A.Yoshikawa,J.Doerschel,T.Fukuda,J.Cryst.Growth225,(2001)454–457.)、激光-红外光混合加热方式的浮区法(见参考文献2“Growth of terbium aluminum garnet(Tb3Al5O12；TAG)single crystalsby the hybrid laser floating zone machine”,M.Geho,T.Sekijima,T.Fujii,J.Cryst.Growth 267,(2004)188-193.)或是利用导模法(见参考文献3“导模法生长铽铝石榴石(TAG)晶体及性质表征”,宋财根，卢俊业，付聪，庄乃锋，陈建中,《第15届全国晶体生长与材料学术会议论文集》2009年)生长出的TAG晶体具有体积小或是光学质量差的缺点。随后人们又开始尝试了利用部分掺杂Tm3+(见参考文献4“Micro-pulling-downgrowth and characterization of Tb3-xTmxAl5O12 fiber crystals for Faradayrotator applications”,H.Sato,V.I.Chani,A.Yoshikawa,Y.Kagamitani,H.Machida,T.Fukuda,J.Cryst.Growth 264,(2004)253–259.),Lu3+(见参考文献5“Melt growth of(Tb,Lu)3Al5O12 mixed garnet fiber crystals”,V.I.Chani,A.Yoshikawa,H.Machida,T.Fukuda,J.Cryst.Growth 212,(2000)469-475.),Ga3+(见参考文献6“Growth and characterization ofTb3Ga5-xAlxO12 single crystal”,W.Zhang,F.Guo,J.Chen,J.Cryst.Growth306,(2007)195–199.及专利CN 102485975A),Sc3+(见参考文献7“Czochralski growth of Y3Al3Sc2O12 single crystal for Faraday isolator”,A.Yoshikawa,Y.Kagamitani,D.A.Pawlak,H.Sato,H.Machida,T.Fukuda,Mater.Res.Bull.,37,(2002)1-10.),和Yb3+(见参考文献8“(Tb,Yb)3Al5O12 garnet:crystal-chemistry and fiber growth bymicro-pulling-down technique”,V.I.Chani,A.Yoshikawa,H.Machida,T.Fukuda,“(Tb,Yb)3Al5O12 garnet:crystal-chemistry and fiber growth bymicro-pulling-down technique”,Mater.Sci.Eng.,B 75,(2000)53-60.)等元素部分取代Tb3+或Al3+来获得一致熔融化合物的稳定TAG物相，生长Tb3-xAxAl5-yByO12(A＝Tm3+、Yb3+等，B＝Ga3+、Sc3+等)单晶。日本国立材料研究所(NIMS)岛村(Shimamura)教授通过Sc3+，Lu3+共掺，采用提拉法生长出了直径约为15 mm的{Tb3}[Sc2-xLux](Al3)O12单晶，该晶体的生长特性得到改善，并且呈现出很好的磁光性能。(见参考文献9“Growthof{Tb3}[Sc2-xLux](Al3)O12 Single Crystals for Visible-Infrared OpticalIsolators”,K.Shimamura,T.Kito,E.Castel,A.Latynina,P.Molina,E.G.Víllora,P.Mythili,P.Veber,J.Chaminade,A.Funaki,T.Hatanaka,and K.Naoe,Cryst.Growth Des.,10(8),(2010)3467.)但该技术路线也存在一定问题：通过掺杂其它离子部分取代TAG晶格中的Tb3+或Al3+后，一方面材料的Verdet常数在一定程度上会减小，另外，掺杂离子在TAG晶格中引入的缺陷也会对声子造成散射从而使材料的热导率下降，限制其在高功率激光系统中的应用。
除生长单晶技术之外，透明陶瓷可以有效避免TAG单晶制备过程中出现的不一致熔融问题，而且还可以保持TAG单晶优良的磁旋光性能。2011年，上海光机所的科研人员(见参考文献10“Synthesis of Tb3Al5O12(TAG)transparent ceramics for potential magneto optical applications,”H.Lin,S.M.Zhou,and H.Teng,Opt.Mater.33(11),1833–1836(2011).)首次对TAG透明陶瓷进行了报道，其样品的维尔德常数为-172.72radT-1m-1，热导率为6.5Wm-1K-1，与报道的TAG单晶相近。2012年，通过掺杂Ce3+部分取代Tb3+位，获得了磁光性能更优的样品，样品的维尔德常数为-199.55radT-1m-1，比TAG单晶的大16％(见参考文献11“Fabrication andperformance optimization of the magneto-optical(Tb1-xRx)3Al5O12(R＝Y,Ce)transparent ceramics,”C.Chen,S.Zhou,H.Lin,Q.Yi,Appl.Phys.Lett.101(13),131908(2012).)。对TAG和Ce离子掺杂的TAG透明陶瓷样品的热学性能表征显示其在300W功率下的隔离度分别为38dB和39dB。(见参考文献12"High-power Faraday isolators based on TAG Ceramics,"D.Zheleznov,A.Starobor,O.Palashov,C.Chen,S.M.Zhou,Opt.Express.22(3),2578-2583(2014).和参考文献13“Improving characteristicsof Faraday isolators based on TAG ceramics by cerium doping”，DmitryZheleznov,Aleksey Starobor,Oleg Palashov,Hui Lin,and Shengming Zhou，Opt.Lett.39(7)，2183-2186(2014).)
研究证实了TAG透明陶瓷作为高功率激光隔离器材料的可行性，目前限制其实际应用的因素为其透过率与单晶样品之间的差距。提高TAG透明陶瓷的光学性能，同时又不降低其优越的磁旋光性能成为亟待解决的问题。近期通过实验发现Ti/Si离子部分取代Al3+位可以制备出较高光学质量的Tb3Al5-xSiyTizO12(其中，y+z＝x，x、y和z的取值范围为0.01≤x≤0.06，0≤y≤0.06，0≤z≤0.06)透明磁旋光陶瓷材料。
专利CN1393422A中阐述了TAG透明陶瓷作为激光介质的制备方法，专利CN101514100A则对Tb或Ti作为发光离子的闪烁透明陶瓷材料做了一定的研究。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中大尺寸单晶TAG材料无法获的不足或困难，提供一种法拉第磁旋光透明陶瓷及其制备方法，利用固相反应法在TAG熔点以下制备TAG多晶，同时利用Ti/Si掺杂，在保持TAG高Verdet常数的前提下大幅度地提高了TAG基法拉第磁旋光透明陶瓷的光学质量，从而有望推动TAG基透明材料实用化。
本发明的技术解决方案如下：
一种Si/Ti掺杂的铽铝石榴石法拉第磁旋光透明陶瓷，特点在于其结构式为：Tb3Al5-xSiyTizO12，其中，y+z＝x，x、y和z的取值范围为0.01≤x≤0.06，0≤y≤0.06，0≤z≤0.06。
上述Si/Ti掺杂的铽铝石榴石法拉第磁旋光透明陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
①初始原料采用原料纯度不低于99.9％的七氧化四铽或三氧化二铽中任一种、氧化硅、正硅酸乙酯或氧化钛中任一种或两种，以及氧化铝；
②确定法拉第磁旋光透明陶瓷分子式Tb3Al5-xSiyTizO12组成中x、y和z的取值，并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，经球磨将粉料混匀、细化；
③粉料烘干后经造粒、压片，对其施以150MPa以上冷等静压力压制成坯体，再预烧去除有机成分；
④放入真空烧结炉或热压烧结炉烧结，得到Tb3Al5-xSiyTizO12透明法拉第磁旋光陶瓷。
上述Si/Ti掺杂的铽铝石榴石法拉第磁旋光透明陶瓷的另一种制备方法，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，以及硝酸钛、氯化钛、四氯化硅或三氯化硅中任一种或两种；
②确定法拉第磁旋光透明陶瓷分子式Tb3Al5-xSiyTizO12组成中x、y和z的取值，并称量相应的粉体原料；
③采用以尿素或碳酸氢铵为沉淀剂的化学共沉淀法，或者采用以柠檬酸为稳定剂的溶胶-凝胶法，制备Tb3Al5-xSiyTizO12前躯体，然后经煅烧得Tb3Al5-xSiyTizO12粉末，再加入0.3～0.7wt％的正硅酸乙酯将所得到的Tb3Al5-xSiyTizO12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Tb3Al5-xSiyTizO12透明法拉第磁旋光陶瓷。
所述的真空烧结炉烧结：真空烧结炉内的保温温度为1500～1700℃，保温时间为1～50小时，真空烧结炉内的真空度优于10-2Pa；所述的热压烧结炉烧结：热压烧结炉内的保温温度为1200～1500℃,对陶瓷坯体施加的压力为100～200MPa，保温时间为0.5～15小时。
与现有技术相比，本发明在可见-近红外波段具有较高的光学质量，同时保持TAG的高的磁光特性，且具有制备工艺简单、低成本，制备周期短及制备过程中无毒害等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的Tb3Al0.96Ti0.04O12透明陶瓷(厚度为3.5mm)的透过率曲线
图2为本发明实施例1制备的Tb3Al0.96Ti0.04O12陶瓷的Verdet常数随波长变化曲线
具体实施方式
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1 Tb3Al0.96Ti0.04O12透明法拉第磁旋光陶瓷的制备
Tb3Al0.96Ti0.04O12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(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)和氧化钛(TiO2)；
②根据需要制备的透明法拉第磁旋光陶瓷的分子式Tb3Al5-xSiyTizO12的组成并确定x＝0.04，y＝0，z＝0.04的取值，纯度不低于99.9％的七氧化四铽(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)和氧化钛(TiO2)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，经球磨将粉料混匀、细化；
③粉料烘干后经造粒、压片，对其施以150MPa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Tb3Al0.96Ti0.04O12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1600℃,保温时间为20小时；真空烧结炉内的真空度优于10-2Pa；
对本实施例进行测试，图1为本发明实施例1中所制备的Tb3Al0.96Ti0.04O12透明陶瓷的透过率曲线(厚度为3.5mm)，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500～1600nm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6“Growth and characterization of Tb3Ga5-xAlxO12 single crystal”Wenjing Zhang,Feiyun Guo,Jianzhong Chen,Journal of Crystal Growth306(2007)195–199.)，更适合用作近红外-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Tb3Al0.96Ti0.04O12陶瓷的Verdet常数随波长变化曲线，通过与参考文献2(见参考文献2“Growth of terbiumaluminum garnet(Tb3Al5O12；TAG)single crystals by the hybrid laserfloating zone machine”Mikio Geho,Takenori Sekijima,Takashi Fujii,Journal of Crystal Growth 267(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Tb3Al0.96Ti0.04O12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Tb3Ga5O12单晶相比，Tb3Al0.96Ti0.04O12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
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的七氧化四铽(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)和氧化钛(TiO2)按Tb3Al0.97Ti0.03O12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Tb3Al0.97Ti0.03O12透明陶瓷。
实施例3
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的七氧化四铽(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)和氧化钛(TiO2)按Tb3Al0.98Ti0.02O12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Tb3Al0.98Ti0.02O12透明陶瓷。
实施例4
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的七氧化四铽(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)和氧化钛(TiO2)按Tb3Al0.99Ti0.01O12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Tb3Al0.99Ti0.01O12透明陶瓷。
实施例5
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的三氧化二铽(Tb2O3)、氧化铝(Al2O3)和氧化钛(TiO2)按Tb3Al0.96Ti0.04O12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Tb3Al0.96Ti0.04O12透明陶瓷。
实施例6
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的七氧化四铽(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)和正硅酸乙酯(TEOS)按Tb3Al0.96Si0.04O12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Tb3Al0.96Si0.04O12透明陶瓷。
实施例7
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的七氧化四铽(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)和氧化硅(SiO2)按Tb3Al0.96Si0.04O12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Tb3Al0.96Si0.04O12透明陶瓷。
实施例8
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的七氧化四铽(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)和正硅酸乙酯(TEOS)按Tb3Al0.96Si0.015Ti0.025O12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Tb3Al0.96Si0.015Ti0.025O12透明陶瓷。
实施例9
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的三氧化二铽(Tb2O3)、氧化铝(Al2O3)和正硅酸乙酯(TEOS)按Tb3Al0.96Si0.015Ti0.025O12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Tb3Al0.96Si0.015Ti0.025O12透明陶瓷。
实施例10
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的七氧化四铽(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)和氧化硅(SiO2)按Tb3Al0.96Si0.015Ti0.025O12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Tb3Al0.96Si0.015Ti0.025O12透明陶瓷。
实施例11
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的三氧化二铽(Tb2O3)、氧化铝(Al2O3)和正硅酸乙酯(TEOS)按Tb3Al0.96Si0.015Ti0.025O12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Tb3Al0.96Si0.015Ti0.025O12透明陶瓷。
实施例12
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的七氧化四铽(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)和氧化钛(TiO2)按Tb3Al0.96Ti0.04O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料,利用同实施例1中相同的条件制备出坯体并预烧去除有机成分；再放入真空烧结炉真空度优于2.5×10-3Pa下，1600℃,保温5小时后，最后将样品放入100MPa热压炉中保温1100℃，5h放入得到Tb3Al0.96Ti0.04O12透明法拉第磁旋光陶瓷。
实施例13
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的七氧化四铽(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)和氧化钛(TiO2)按Tb3Al0.96Ti0.04O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料,利用同实施例1中相同的条件制备出坯体并预烧去除有机成分；再放入真空烧结炉真空度优于2.5×10-3Pa下，1550℃,保温20小时后，可以获得Tb3Al0.96Ti0.04O12透明陶瓷。
实施例14
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的七氧化四铽(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)和氧化钛(TiO2)按Tb3Al0.96Ti0.04O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料,利用同实施例1中相同的条件制备出坯体并预烧去除有机成分；再放入真空烧结炉真空度优于2.5×10-3Pa下，1500℃,保温20小时后，可以获得Tb3Al0.96Ti0.04O12透明陶瓷。
实施例15
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的七氧化四铽(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)和氧化钛(TiO2)按Tb3Al0.96Ti0.04O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料,利用同实施例1中相同的条件制备出坯体并预烧去除有机成分；再放入真空烧结炉真空度优于2.5×10-3Pa下，1600℃,保温5小时后，可以获得Tb3Al0.96Ti0.04O12透明陶瓷。
实施例16
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的七氧化四铽(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)和氧化钛(TiO2)按Tb3Al0.96Ti0.04O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料,利用同实施例1中相同的条件制备出坯体并预烧去除有机成分；再放入真空烧结炉真空度优于2.5×10-3Pa下，1600℃,保温10小时后，可以获得Tb3Al0.96Ti0.04O12透明陶瓷。
实施例17
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的七氧化四铽(Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)和氧化钛(TiO2)按Tb3Al0.96Ti0.04O12组成中各金属离子的摩尔比相应配置好粉体原料,利用同实施例1中相同的条件制备出坯体并预烧去除有机成分；再放入真空烧结炉真空度优于2.5×10-3Pa下，1600℃,保温50小时后，可以获得Tb3Al0.96Ti0.04O12透明陶瓷。
实施例18
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的硝酸铽(Tb(NO3)3)、硝酸铝(Al(NO3)3)和硝酸钛(Ti(NO3)4)按Tb3Al0.96Ti0.04O12组成中各金属离子的摩尔比称量相应的粉体原料采用以尿素为沉淀剂的化学共沉淀法制备Tb3Al0.96Ti0.04O12前躯体，然后经煅烧得Tb3Al0.96Ti0.04O12粉末，再加入0.3～0.7wt％的正硅酸乙酯将所得到的Tb3Al0.96Ti0.04O12粉末进行球磨，后经注浆成型制成坯体，再预烧去除有机成分；最后放入真空烧结炉中，保温温度为1600℃,保温时间为20小时，真空烧结炉内的真空度优于10-2Pa，得到Tb3Al0.96Ti0.04O12透明法拉第磁旋光陶瓷。
实施例19
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的氯化铽(TbCl3)、氯化铝(AlCl3)和氯化钛(TiCl4)按Tb3Al0.96Ti0.04O12组成中各金属离子的摩尔比称量相应的粉体原料，其他条件实施例18，可以获得Tb3Al0.96Ti0.04O12透明陶瓷。
实施例20
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的硝酸铽(Tb(NO3)3)、氯化铝(AlCl3)和氯化钛(TiCl4)按Tb3Al0.96Ti0.04O12组成中各金属离子的摩尔比称量相应的粉体原料，其他条件实施例18，可以获得Tb3Al0.96Ti0.04O12透明陶瓷。
实施例21
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的硝酸铽(Tb(NO3)3)、硝酸铝(Al(NO3)3)和氯化钛(TiCl4)按Tb3Al0.96Ti0.04O12组成中各金属离子的摩尔比称量相应的粉体原料，其他条件实施例18，可以获得Tb3Al0.96Ti0.04O12透明陶瓷。
实施例22
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的硝酸铽(Tb(NO3)3)、硝酸铝(Al(NO3)3)和四氯化硅(SiCl4)按Tb3Al0.96Si0.04O12组成中各金属离子的摩尔比称量相应的粉体原料，其他条件实施例18，可以获得Tb3Al0.96Si0.04O12透明陶瓷。
实施例23
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的硝酸铽(Tb(NO3)3)、硝酸铝(Al(NO3)3)和三氯化硅(SiHCl3)按Tb3Al0.96Si0.04O12组成中各金属离子的摩尔比称量相应的粉体原料，其他条件实施例18，可以获得Tb3Al0.96Si0.04O12透明陶瓷。
实施例24
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的硝酸铽(Tb(NO3)3)、硝酸铝(Al(NO3)3)和硝酸钛(Ti(NO3)4)按Tb3Al0.96Ti0.04O12组成中各金属离子的摩尔比称量相应的粉体原料采用以碳酸氢铵为沉淀剂的化学共沉淀法制备Tb3Al0.96Ti0.04O12前躯体，其他条件实施例18，可以获得Tb3Al0.96Ti0.04O12透明陶瓷。
实施例25
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的硝酸铽(Tb(NO3)3)、硝酸铝(Al(NO3)3)和硝酸钛(Ti(NO3)4)按Tb3Al0.96Ti0.04O12组成中各金属离子的摩尔比称量相应的粉体原料采用以柠檬酸为稳定剂的溶胶-凝胶法制备Tb3Al0.96Ti0.04O12前躯体，其他条件实施例18，可以获得Tb3Al0.96Ti0.04O12透明陶瓷。
实施例26
初始原料采用原料纯度不低于99.9％的硝酸铽(Tb(NO3)3)、硝酸铝(Al(NO3)3)和硝酸钛(Ti(NO3)4)按Tb3Al0.96Ti0.04O12组成中各金属离子的摩尔比称量相应的粉体原料采用以尿素为沉淀剂的化学共沉淀法制备Tb3Al0.96Ti0.04O12前躯体，然后经煅烧得Tb3Al0.96Ti0.04O12粉末，再加入0.3～0.7wt％的正硅酸乙酯将所得到的Tb3Al0.96Ti0.04O12粉末进行球磨，后经冷等静压成型制成坯体，其他条件实施例18，可以获得Tb3Al0.96Ti0.04O12透明陶瓷。
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。

Claims (4)

1.一种Si/Ti掺杂的铽铝石榴石法拉第磁旋光透明陶瓷，特征在于其结构式为：Tb3Al5-xSiyTizO12，其中，y+z＝x，x、y和z的取值范围为0.01≤x≤0.06，0≤y≤0.06，0≤z≤0.06。
2.权利要求1所述的Si/Ti掺杂的铽铝石榴石法拉第磁旋光透明陶瓷的制备方法，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％的七氧化四铽或三氧化二铽中任一种，氧化硅、正硅酸乙酯或氧化钛中任一种或两种，以及氧化铝；
②确定法拉第磁旋光透明陶瓷分子式Tb3Al5-xSiyTizO12组成中x、y和z的取值，并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，经球磨将粉料混匀、细化；
③粉料烘干后经造粒、压片，对其施以150MPa以上冷等静压制成坯体，再预烧去除有机成分；
④放入真空烧结炉或热压烧结炉烧结，得到Tb3Al5-xSiyTizO12透明法拉第磁旋光陶瓷。
3.权利要求1所述的Si/Ti掺杂的铽铝石榴石法拉第磁旋光透明陶瓷的制备方法，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，以及硝酸钛、氯化钛、四氯化硅或三氯氢硅中任一种或两种；
②确定法拉第磁旋光透明陶瓷分子式Tb3Al5-xSiyTizO12组成中x、y和z的取值，并称量相应的粉体原料；
③采用以尿素或碳酸氢铵为沉淀剂的化学共沉淀法，或者采用以柠檬酸为稳定剂的溶胶-凝胶法，制备Tb3Al5-xSiyTizO12前躯体，然后经煅烧得Tb3Al5-xSiyTizO12粉末，再加入0.3～0.7wt％的正硅酸乙酯将所得到的Tb3Al5-xSiyTizO12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Tb3Al5-xSiyTizO12透明法拉第磁旋光陶瓷。
4.权利要求2或3所述的Si/Ti掺杂的铽铝石榴石法拉第磁旋光透明陶瓷的制备方法，其特征在于，所述的真空烧结炉烧结：真空烧结炉内的保温温度为1500～1700℃，保温时间为1～50小时，真空烧结炉内的真空度优于10-2Pa；所述的热压烧结炉烧结：热压烧结炉内的保温温度为1200～1500℃,对陶瓷坯体施加的压力为100～200MPa，保温时间为0.5～15小时。
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