钇稳定氧化铽(TbxY1-x)2O3透明陶瓷的制备与磁光性能研究

作     者：杨美琪 

作者单位：上海应用技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周鼎;王占勇

授予年度：2020年

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：氧化钇 氧化铽 磁光陶瓷 化学共沉淀 氢气烧结 

摘      要：磁光材料是一类具有磁光效应的光信息功能材料,在激光、光纤通信、计算机技术和医疗等高科技领域得到了广泛的应用。目前,最常用的磁光材料是TbGaO(TGG)单晶,其在633nm波长处的费尔德常数是-134rad/T·m。随着科学技术的不断进步,以磁光材料为核心的磁光隔离器、磁光偏转器逐渐向集成化、小型化、轻量化方向发展。特别是稀土倍半氧化物表现出优异的磁光性能,其中氧化铽(TbO)具有较好的磁光隔离特性,其费尔德常数可达到商用TGG单晶的3倍以上。但是,铽离子在含氧气氛中极易变价和氧化铽在1600℃存在严重相变的双重困难,鲜有氧化铽透明陶瓷制备的报道。近两年,俄罗斯和日本学者分别采用热压和热等静压技术烧结钇稳定氧化铽透明陶瓷,但这两种方法制备的陶瓷存在渗碳影响了光学透过率,同时热等静压烧结对设备有较高的要求。为解决这一难题,本论文提出通过氧化钇来稳定TbO的相结构,采用无压氢气烧结制备氧化铽基磁光透明陶瓷,主要包括如下步骤:通过湿化学共沉淀技术合成高烧结活性的纳米晶粉体、采用还原氢气气氛烧结制备钇稳定氧化铽((TbY)O,YST)磁光陶瓷,主要结论如下:(1)以硝酸铽为母液,碳酸氢铵和氨水为复合沉淀剂,通过湿化学共沉淀法制备出分散性好、颗粒大小均匀、烧结活性高的TbO纳米晶粉体并结合还原气氛烧结制备纯氧化铽陶瓷。研究发现:湿化学共沉淀正滴法制备的前驱体粉体在煅烧温度达到950℃时完全热分解,低于该温度煅烧后的粉体中含有未完全分解的前驱体,影响烧结过程;使用还原氢气气氛烧结TbO陶瓷,烧结温度达到1600℃以上,陶瓷块体会因为相变开裂或直接粉化。(2)以硝酸铽与硝酸钇的混合溶液为母液,碳酸氢铵和氨水为复合沉淀剂,通过湿化学共沉淀法制备出具有高分散性以及颗粒大小均匀的钇稳定氧化铽YST粉体,采用无压氢气烧结工艺获得具有光学透明性的YST陶瓷。其中,(Tb0.5Y0.5)2O3陶瓷素坯以1850℃/6h烧结保温获得的透明陶瓷直线透过率可达72.41%,在632.8nm波长下测得的费尔德常数为-220.19rad/T·m,是商用TGG单晶的1.64倍。(3)尝试用与Tb原子质量更为接近的氧化镥(Lu2O3)作稳定剂,制备氧化镥稳定的TbO(LST)。使用湿化学共沉淀法制备(Tb0.5Lu0.5)2O3粉体,在同等烧结条件下,即1850℃/6h烧结保温的LST陶瓷未出现开裂现象。实验结果表明:与氧化钇稳定氧化铽相比,氧化镥掺杂的氧化铽(LST)具有更好的相结构稳定性,对LST透明陶瓷的烧结工艺探索将有助于制备更高费尔德常数的磁光材料。