[发明专利]一种铽钪铝石榴石及其掺杂的磁光透明陶瓷、及其制备方法

说明书

本发明提供一种磁光透明陶瓷，化学式为M_(x+y+z)Tb_(3‑x)Sc_(2‑y)Al_(3‑z)O₁₂其中，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0≤x+y+z≤0.5；M为+3价金属离子。并公开了该磁光透明陶瓷的制备方法。本发明提供的磁光透明陶瓷的热学性能与光学性能与晶体接近，本发明提供的制备方法工艺简单，可制备复杂形状的陶瓷，能够有效降低磁光元件的成本，而且在陶瓷制备过程中，掺杂其他元素提高陶瓷的磁光性能，掺杂陶瓷在烧结过程中不会造成组分分凝，具有很好的实用价值。

技术领域

本发明属于光功能材料技术领域，尤其涉及一种铽钪铝石榴石及其掺杂的磁光透明陶瓷及其制备方法。

背景技术

磁光材料是一种光功能晶体，在外磁场作用下，具有非互异性旋光效应。主要应用于隔离器、光调制器、光开关、环形器、以及光纤电流传感器等磁光器件中。

磁光材料主要包括晶体、陶瓷和玻璃三种形态，磁光玻璃成本低廉，工艺简单，但是热学性能差，因此只能应用在低功率的磁光器件中。磁光晶体因其优异的综合磁光性能成为目前主流的商用磁光材料，如TGG(Tb₃Ga₅O₁₂)晶体，TGG晶体在1064nm波长的条件下，Verdet常数是-40rad/T/m，而另外一种商用磁光晶体TSAG(Tb₃Sc₂Al₃O₁₂)，同样在磁光1064nm波长的条件下，其Verdet常数是TGG晶体的1.3倍，然而TSAG晶体生长成本高，包括贵金属铱金坩埚在晶体生长过程中损耗严重，成分中Ga成分挥发严重，造成熔体组分比例偏离，生长过程中，晶体内部应力随晶体尺寸的增加急剧增大，造成晶体开裂，难以生长大尺寸晶体，从而不利于商业的推广应用。

发明内容

对现有技术的不足，本发明提供一种TSAG(铽钪铝石榴石)及其掺杂的磁光透明陶瓷，并提供该体系磁光透明陶瓷粉体的制备方法和陶瓷烧结的方法。同成分的磁光TSAG透明陶瓷的Verdet常数与晶体相同，热学性能及光学性能与晶体接近，相对于晶体生长而言，制备工艺简单，可制备复杂形状的陶瓷，能够有效降低磁光元件的成本，而且在陶瓷制备过程中，掺杂其他元素提高陶瓷的磁光性能，掺杂陶瓷在烧结过程中不会造成组分分凝。

一种磁光透明陶瓷，该磁光透明陶瓷的化学式为M_(x+y+z)Tb_(3-x)Sc_(2-y)Al_(3-z)O₁₂

其中，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0≤x+y+z≤0.5；

M为+3价金属离子。

可选地，所述M选自Sc³⁺、Y³⁺、La³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Pm³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Gd³⁺、Tb³⁺、Ho³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺、Lu³⁺、Al³⁺、Ga³⁺、In³⁺、Fe³⁺、Bi³⁺中的至少一种。

可选地，所述磁光透明陶瓷在1064nm条件下，其Verdet常数为--47～-68rad/T/m，消光比为31～40dB，弱吸收为2000～5000ppm/cm。

可选地，所述磁光透明陶瓷在500-1600nm波段的透过率≥83％。