高性能逆磁性磁光玻璃的制备及其性能研究.pdf

跨压斜技大爹论文题目:高性能逆磁性磁光玻璃的制备及其性能研究学科门类:工学一级学科:材料科学与工程培养单位:材料科学与工程学院硕士生:王顺逆导师:殷海荣教授郭J出/.-、伟讲师I子D11]眵rr_!,IC眦~:Hong-weiGuoMay,2013高性能逆磁性磁光玻璃的制备及其性能研究摘要磁光玻璃又叫法拉第旋光玻璃,是近几十年来新发展起来的一种透明磁光功能材料,当偏振光通过带有磁场的玻璃时,光的偏振面发生旋转。因其光学性能好、磁光性能优异可用于制作光线隔离器、磁光调制器、磁光开关等功能器件,在航空、军事、制导、卫星控制等领域有着广泛的应用。当前,逆磁性磁光玻璃的研究热点是如何增加玻璃抗磁性离子的含量,提高玻璃的抗磁化率,增大玻璃的Verdet常数。但由于抗磁性离子具有较大的离子半径和较低的配位数,不适当的配合料组成和不精密的成型温度制度,都会导致玻璃的热稳定性和化学稳定性降低。因此,研究Verdet常数高、综合性能优异的磁光玻璃具有重要意义。本实验以分析纯的三氧化二铋(Bi203)、硼酸(H3803)、碳酸锂(Li2C03)、氧化铅(PbO)和氧化锗(Ge02)等为主要原料制备了Bi203-B203-Li20(BBL)和Bi203-PbO-Ge02-B203(BPGB)系统逆磁性磁光玻璃。同时探索了重金属含量高的逆磁性磁光玻璃的制备工艺,采用差热分析仪(DSC)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、旋光仪、V棱镜折射仪、热膨胀仪等分析测试仪器对逆磁性磁光玻璃的结构、性能及其它们之间的相关规律进行了表征和研究。论文的主要结论如下:1)对于Bi203含量较高的BBL玻璃而言:(a)EDS研究结果表明,玻璃中存在大量的Bi203,但在熔制过程中Bi203存在少量的挥发。由于Bi203密度较大,在成型过程中容易出现分层现象,下层为富铋相,上层为富硼相。(b)IR分析玻璃微观结构发现,随着Bi203含量的增加,硼氧三角体[B03]和铋氧四面体[Bi03]逐渐向硼氧四面体[B04]和铋氧八面体[Bi06]转变,从而构成铋氧和硼氧多面体构成的混合网络结构,锂离子以网络外体的形式存在。(c)SEM和XRD测试结果显示,BBL玻璃成玻性能良好,断面呈现玻璃的特征。A5样品中出现少量板状晶体,经过XRD测试分析A5样品中析出的少量晶体为Bi2482039,BiB03和Li3803,其他样品并无明显衍射峰。(d)DTA测试结果表明,随着Bi203含量的增加,玻璃的特征温度(Tg、Tc和Tm)呈递减的趋势,而玻璃析晶参数脚随之先增大后减小,在Bi203含量为50m01%时出现极值,此时玻璃具有最佳成玻性能和热稳定性。(e)物理性能分析表明,BBL玻璃的Verdet常数、密度、阳离子电极化率、折射率、光学碱度和膨胀系数随Bi203掺量的增加而增大。研究发现阳离子电极化率、光学碱度、折射率和Verdet常数存在关联关系。(f)化学稳定性分析结果显示,随着玻璃基体中B203含量的减少,玻璃的抗水性逐渐变差,抗酸性先增强后减弱,抗碱性逐渐增强。整体而言,BBL玻璃的抗碱性>抗水性>抗酸性。2)就重金属总含量较高的BPGB玻璃而言:(a)SEM和DSC测试结果表明,BPGB玻璃成玻性能良好,断面无析晶、无气泡,呈现典型的玻璃特征;随着Bi203逐步替代Ge02,玻璃的特征温度(Tg、Tc和Tm)逐渐降低,但是析晶参数p逐渐增大,玻璃成玻性能越来越好。(b)与BBL玻璃相似,随着Bi203逐步替代Ge02,BPGB玻璃的物理性能更加优越,Verdet常数、密度和折射率都逐步增大。关键词:法拉第效应,逆磁性,抗磁化率,Verdet常数,光学碱度,-lass,,·-o—opticalproperty,itisusedtomakeFiberopticalisolator,o—opticalmodulat