高性能逆磁性磁光玻璃的制備及其性能研究.pdf

1、磁光玻璃又叫法拉第旋光玻璃，是近幾十年來新發(fā)展起來的一種透明磁光功能材料，當偏振光通過帶有磁場的玻璃時，光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。因其光學(xué)性能好、磁光性能優(yōu)異可用于制作光線隔離器、磁光調(diào)制器、磁光開關(guān)等功能器件，在航空、軍事、制導(dǎo)、衛(wèi)星控制等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
　　 當前，逆磁性磁光玻璃的研究熱點是如何增加玻璃抗磁性離子的含量，提高玻璃的抗磁化率，增大玻璃的Verdet常數(shù)。但由于抗磁性離子具有較大的離子半徑和較低的配位數(shù)，不適當?shù)?/p>

2、配合料組成和不精密的成型溫度制度，都會導(dǎo)致玻璃的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性降低。因此，研究Verdet常數(shù)高、綜合性能優(yōu)異的磁光玻璃具有重要意義。
　　 本實驗以分析純的三氧化二鉍(Bi2O3)、硼酸(H3BO3)、碳酸鋰(Li2CO3)、氧化鉛(PbO)和氧化鍺(GeO2)等為主要原料制備了Bi2O3-B2O3-Li2O(BBL)和Bi2O3-PbO-GeO2-B2O3(BPGB)系統(tǒng)逆磁性磁光玻璃。同時探索了重金屬含量高的逆磁性磁

3、光玻璃的制備工藝，采用差熱分析儀(DSC)、X射線能譜儀(EDS)、X射線衍射分析儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、傅立葉紅外光譜儀(FT-IR)、旋光儀、V棱鏡折射儀、熱膨脹儀等分析測試儀器對逆磁性磁光玻璃的結(jié)構(gòu)、性能及其它們之間的相關(guān)規(guī)律進行了表征和研究。論文的主要結(jié)論如下:
　　 1)對于Bi2O3含量較高的BBL玻璃而言:
　　 (a)EDS研究結(jié)果表明，玻璃中存在大量的Bi2O3，但在熔制過程中Bi2O3存在少

4、量的揮發(fā)。由于Bi2O3密度較大，在成型過程中容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象，下層為富鉍相，上層為富硼相。
　　 (b)IR分析玻璃微觀結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，隨著Bi2O3含量的增加，硼氧三角體[BO3]和鉍氧四面體[BiO3]逐漸向硼氧四面體[BO4]和鉍氧八面體[BiO6]轉(zhuǎn)變，從而構(gòu)成鉍氧和硼氧多面體構(gòu)成的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，鋰離子以網(wǎng)絡(luò)外體的形式存在。
　　 (c)SEM和XRD測試結(jié)果顯示，BBL玻璃成玻性能良好，斷面呈現(xiàn)玻璃的特征。A5樣品

5、中出現(xiàn)少量板狀晶體，經(jīng)過XRD測試分析A5樣品中析出的少量晶體為Bi24B2O39，BiBO3和Li3BO3，其他樣品并無明顯衍射峰。
　　 (d)DTA測試結(jié)果表明，隨著Bi2O3含量的增加，玻璃的特征溫度(Tg、Tc和Tm)呈遞減的趨勢，而玻璃析晶參數(shù)β卻隨之先增大后減小，在Bi2O3含量為50mol％時出現(xiàn)極值，此時玻璃具有最佳成玻性能和熱穩(wěn)定性。
　　 (e)物理性能分析表明，BBL玻璃的Verdet常數(shù)、密度、

6、陽離子電極化率、折射率、光學(xué)堿度和膨脹系數(shù)隨Bi2O3摻量的增加而增大。研究發(fā)現(xiàn)陽離子電極化率、光學(xué)堿度、折射率和Verdet常數(shù)存在關(guān)聯(lián)關(guān)系。
　　 (f)化學(xué)穩(wěn)定性分析結(jié)果顯示，隨著玻璃基體中B2O3含量的減少，玻璃的抗水性逐漸變差，抗酸性先增強后減弱，抗堿性逐漸增強。整體而言，BBL玻璃的抗堿性＞抗水性＞抗酸性。
　　 2)就重金屬總含量較高的BPGB玻璃而言:
　　 (a)SEM和DSC測試結(jié)果表明，BP