一种铁基石榴石磁光透明陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铁基石榴石磁光透明陶瓷及其制备方法，所述铁基石榴石磁光透明陶瓷的组成为：Y3‑

【技术实现步骤摘要】
一种铁基石榴石磁光透明陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种铁基石榴石磁光透明陶瓷及其制备方法，具体涉及共沉淀法制备铁基石榴石磁光纳米粉体，并采用无压烧结、含氧气氛热压烧结和含氧气氛热等静压烧结作为烧结工艺，属于透明陶瓷制备


技术介绍

[0002]在现代光纤通信和信息处理系统中，法拉第隔离器是一种重要的器件，它可以通过消除背向反射光来保证激光源的可靠性和光子的非互易传输。法拉第隔离器的核心部件是磁光材料。磁光材料的基本要求是大费尔德常数、低吸收和低饱和磁化强度。Y3Fe5O
12
(YIG)晶体作为光隔离器得到了广泛的研究。根据铁酸盐体系的相平衡图，由于熔融性质不一致，传统的方法难以生长铁石榴石晶体。因此，需要在晶体生长过程中使用助熔剂。目前，采用不同熔剂生长铁石榴石晶体的主要方法是加速旋转法和浮动区域法。虽然人们已经提出了许多方法来解决这些问题，但是所得到的YIG单晶的尺寸仍然有限，这使得它离实际应用还有很大距离。而陶瓷的制备可以避免非一致熔融过程，得到比较纯的YIG相；同时YIG属于立方晶系，不存在双折射现象，容易实现陶瓷材料的透明化，因此YIG磁光陶瓷具有很好的应用前景。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术旨在提供一种铁基石榴石磁光透明陶瓷及其制备方法和应用。
[0004]第一方面，本专利技术提供了一种铁基石榴石磁光透明陶瓷，所述铁基石榴石磁光透明陶瓷的组成为：Y3‑
x
A
x
Fe5‑
y
B
y
O
12
；其中：A为Ce、Bi、La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu中的至少一种，B为Sc、Al、In、Cr或Ga中的至少一种；x和y的取值范围为：0≤x≤3，0≤y＜5。其中，稀土离子分为铁磁性离子、抗磁性离子、顺磁性离子、以及非磁性离子，并且它们之间的离子半径存在差距，通过对A位和B位分别或同时进行不同的稀土离子掺杂，可改变YIG陶瓷的晶格形状和离子间距，从而改变Fe离子之间的超交换作用，能够显著改变YIG陶瓷的磁光性能以及磁性能。此外，掺杂Ce和Pr离子能够极大的提高YIG陶瓷在波长为1.06μm处的法拉第效应；相反掺杂Eu、Ho、Er、Yb、Lu离子降低了YIG陶瓷在波长为1.06μm处的法拉第效应。
[0005]较佳的，所述铁基石榴石磁光透明陶瓷在1000～3000nm波段的光学透过率为0.1～88％，在1.3μm处的Verdet常数为+2000～
‑
2500deg./cm，饱和磁化强度为0.1～50emu/g，致密度能够达到99.7～100％。
[0006]第二方面，本专利技术提供了一种铁基石榴石磁光透明陶瓷的制备方法，包括：将共沉淀法制备的铁基石榴石磁光陶瓷粉体压制成型制成陶瓷素坯，优选地，所述压制成型为干压成型、冷等静压、注浆成型和凝胶注模成型中的至少一种；将所得陶瓷素坯进行烧结，再经机械加工和抛光，得到铁基石榴石磁光透明陶瓷。
[0007]较佳的，共沉淀法制备铁基石榴石磁光陶瓷粉体(或称铁基石榴石磁光纳米粉体)，包括：按照Y3‑
x
A
x
Fe5‑
y
B
y
O
12
化学计量配比分别配制金属盐离子溶液，均匀混合后得到金属离子混合溶液；将金属离子混合溶液与沉淀剂溶液混合进行沉淀，得到沉淀液；将所得沉淀液经过陈化、洗涤、干燥、过筛、煅烧，得到所述铁基石榴石磁光陶瓷粉体。
[0008]本专利技术中，采取共沉淀法制备铁基石榴石陶瓷粉体，其优点有成本低、化学同质性好，能够获得高度均匀性的前驱体，煅烧后得到的粉体纯度高。
[0009]金属盐离子溶液的制备方式包括：将金属氧化物溶解于硝酸溶液制备得到金属离子盐溶液，或将金属盐溶解于去离子水制备得到金属离子盐溶液。
[0010]优选地，所述金属离子混合溶液中Fe
3+
的浓度为0.01～3mol/L，Y
3+
的浓度为0.01～3mol/L，A类离子的浓度为0.01～3mol/L，B类离子的浓度为0.01～3mol/L。
[0011]优选地，所述沉淀剂为碳酸氢铵、氨水、碳酸铵和尿素中的至少一种，所述沉淀剂溶液的浓度为0.01～8.0mol/L。为避免杂质离子的影响，本专利技术采用的沉淀剂不含难以消除的金属阳离子。
[0012]优选地，金属离子混合溶液与沉淀剂溶液的混合方式包括：将金属离子混合溶液加入沉淀剂溶液中，或将沉淀剂溶液加入金属离子混合溶液中。(1)当沉淀剂溶液加入金属离子混合溶液中，即正滴过程：开始时，金属离子RE
3+
浓度高，H
+
浓度高，碳酸氢铵滴入时，先与H
+
反应，没有形成晶核；随着滴定的进行，H
+
逐渐被消耗，过饱和度S(生成纳米晶的相变驱动力)增大，成核速率增大，沉淀物RE(CO3)
x
·
(OH)3‑
2x
成核，进而晶粒长大，而早进行成核、晶粒长大的颗粒的粒径大于晚进行成核、粒径长大的晶粒，导致晶粒粒径分布范围广，但正向滴定是在整个溶液环境中进行成核和晶粒长大，制备的前驱体分散性会更好。整个过程中，溶液pH值逐渐升高，先到达Fe
3+
开始沉淀的pH值，Fe
3+
开始沉淀，后到达Y
3+
开始沉淀的pH值，Y
3+
开始沉淀。即各离子的沉淀分步进行，得到的前驱体化学组成不均匀，会导致煅烧时中间相的形成和煅烧温度的升高。(2)当金属离子混合溶液加入沉淀剂溶液中，即反滴过程：起始时，沉淀剂溶液中金属离子RE
3+
浓度低，OH
‑
、CO
32
‑
、HCO3‑
浓度高，进入离子溶液滴入时，沉淀剂大大过量，形成碱式碳酸盐的局部S非常大、利于大量小晶核的生成，随着反应进行，S值减小，有利于晶粒长大，前期生成的大量小晶核成为后期晶体生长的晶种，可生成粒径分布窄的颗粒，但是颗粒更容易团聚在一起,分散性较差。整个过程中，溶液pH值逐渐降低，开始时的pH值超过各金属阳离子开始沉淀的pH，各金属阳离子能同时开始沉淀，前驱体化学组成均匀性大大提高。因此对于多组分的材料而言反滴法比较具有优势。
[0013]所述沉淀剂溶液中还含有分散剂，所述分散剂为硫酸铵、聚乙二醇、聚乙烯亚胺、十二烷基苯磺酸和柠檬酸铵中的至少一种，所述分散剂的含量为0.1wt.％～6wt.％；或者，所述金属离子混合溶液中还含有分散剂，所述分散剂为硫酸铵、聚乙二醇、聚乙烯亚胺、十二烷基苯磺酸和柠檬酸铵中的至少一种，所述分散剂的含量为0.1wt.％～6wt.％。其中，分散剂含量是指所占沉淀剂溶液中溶质的质量分数。采用分散剂改善粉体性能。
[0014]优选地，在沉淀过程中，金属离子混合溶液或沉淀剂溶液的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁基石榴石磁光透明陶瓷，其特征在于，所述铁基石榴石磁光透明陶瓷的组成为：Y3‑
x
A
x
Fe5‑
y
B
y
O
12
；其中：A为Ce、Bi、La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu中的至少一种，B为Sc、Al、In、Cr或Ga中的至少一种；x和y的取值范围为：0≤x≤3，0≤y＜5。2.根据权利要求1所述的铁基石榴石磁光透明陶瓷，其特征在于，所述铁基石榴石磁光透明陶瓷在1000～3000 nm波段的光学透过率为0.1～88%，在1.3μm处的Verdet常数为+2000～
‑
2500 deg./cm，饱和磁化强度为0.1～50 emu/g，致密度能够达到99.7～100%。3.一种1或2所述的铁基石榴石磁光透明陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：将共沉淀法制备的铁基石榴石磁光陶瓷粉体压制成型制成陶瓷素坯，优选地，所述压制成型为干压成型、冷等静压、注浆成型和凝胶注模成型中的至少一种；将所得陶瓷素坯进行烧结，再经机械加工和抛光，得到铁基石榴石磁光透明陶瓷。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铁基石榴石磁光陶瓷粉体的制备方法包括：按照Y3‑
x
A
x
Fe5‑
y
B
y
O
12
化学计量配比分别配制金属盐离子溶液，均匀混合后得到金属离子混合溶液；将金属离子混合溶液与沉淀剂溶液混合进行沉淀，得到沉淀液；将所得沉淀液经过陈化、洗涤、干燥、过筛、煅烧，得到所述铁基石榴石磁光陶瓷粉体。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，金属盐离子溶液的制备方式包括：将金属氧化物溶解于硝酸溶液制备得到金属离子盐溶液，或将金属盐溶解于去离子水制备得到金属离子盐溶液。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述金属离子混合溶液中Fe
3+
的浓度为0.01～3mol/L，Y
3+
的浓度为0.01～3mol/L，A类离子的浓度为0.01～3mol/L，B类离子的浓度为0.01～3mol/L。7.根据权利要求4
‑
6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂为碳酸氢铵、氨水、碳酸铵和尿...

【专利技术属性】
技术研发人员：李江，杨益民，张学建，李晓英，陈鹏辉，胡殿君，章立轩，谢腾飞，
申请(专利权)人：吉林建筑大学，
类型：发明
国别省市：