CN107207321A - 玻璃材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供显示比以往更大的法拉第效应的玻璃组合物。该玻璃组合物的特征在于，以摩尔％计，含有48％以上的Tb2O3(其中不包括48％)。

Description

玻璃材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及适合于光隔离器、光环行器、磁传感器等构成磁气设备的磁光学元件的玻璃材料及其制造方法。
背景技术
已知包含作为顺磁性化合物的氧化铽的玻璃材料显示作为磁光效应之一的法拉第效应。法拉第效应是指使通过放置在磁场中的材料的直线偏光的偏光面旋转的效果。这样的效果在光隔离器或磁场传感器等中利用。
将磁场的强度设为H，将偏光所通过的物质的长度设为L，通过以下的式子表示由法拉第效应带来的旋光度(偏光面的旋转角)θ。在式中，V是依赖于物质的种类的常数，被称为维尔德常数。维尔德常数在反磁性体时为正的值，在顺磁性体时为负的值。维尔德常数的绝对值越大，则旋光度的绝对值也越大，作为结果显示更大的法拉第效应。
θ＝VHL
以往，作为显示法拉第效应的玻璃材料，已知SiO2－B2O3－Al2O3－Tb2O3系的玻璃材料(参照专利文献1)、P2O5－B2O3－Tb2O3系的玻璃材料(参照专利文献2)或者P2O5－TbF3－RF2(R为碱土金属)系的玻璃材料(参照专利文献3)等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公昭51－46524号公报
专利文献2：日本特公昭52－32881号公报
专利文献3：日本特公昭55－42942号公报
发明内容
发明所要解决的课题
上述的玻璃材料虽然显示一定程度的法拉第效应，但近年来，随着磁气设备越来越小型化，要求法拉第效应的进一步的提高，以使得即使小的部件也显示充分的旋光度。
鉴于以上情况，本发明的目的在于提供显示比以往更大的法拉第效应的玻璃材料。
用于解决课题的方法
本发明的玻璃材料的特征在于，以摩尔％计，含有48％以上的Tb2O3(其中不包括48％)。本发明的玻璃材料由于含有如上所述大量的Tb2O3，所以维尔德常数的绝对值增大。其结果，显示比以往更大的法拉第效应。此外，含有如上所述大量的Tb2O3的玻璃材料通常难以玻璃化。然而，根据后述的无容器漂浮法，即使是这样难以玻璃化的组成，也能够容易地玻璃化。
在本发明的玻璃材料中，以摩尔％计，优选Tb2O3的含量为80％以下。如果Tb2O3的含量为上述范围，则能够比较容易地进行玻璃化。
本发明的玻璃材料，以摩尔％计，优选还含有0～50％的SiO2、0～50％的B2O3、0～50％的Al2O3、0～50％的P2O5。SiO2、B2O3、Al2O3、P2O5是构成玻璃骨架的成分，因此通过含有这些成分，能够比较容易地进行玻璃化。
本发明的玻璃材料能够用作磁光学元件。例如，本发明的玻璃材料能够用作作为磁光学元件的一种的法拉第旋转元件。通过用于上述的用途，能够享有本发明的效果。
本发明的玻璃材料的制造方法是用于制造上述的玻璃材料的方法，其特征在于，包括：在保持玻璃原料块漂浮的状态下，将玻璃原料块加热使其熔解，得到熔融玻璃后，将熔融玻璃冷却的工序。
通常，玻璃材料通过将原料在坩埚等熔融容器内熔融、冷却来制作(熔融法)。然而，本发明的玻璃材料基本上具有如上所述大量含有不构成玻璃骨架的Tb2O3的组成，是难以玻璃化的材料，因此在熔融法中，存在以与熔融容器的接触界面为起点进行结晶化的问题。
即使是难以玻璃化的组成，通过消除在与熔融容器的界面的接触，也能够玻璃化。作为这样的方法，已知在使原料漂浮的状态下进行熔融、冷却的无容器漂浮法。如果使用该方法，则熔融玻璃几乎不与熔融容器接触，因此能够防止以与熔融容器的界面为起点的结晶化，从而能够玻璃化。
发明的效果
根据本发明，能够提供显示比以往更大的法拉第效应的玻璃材料。
附图说明
图1是表示用于制造本发明的玻璃材料的装置的一个实施方式的示意剖面图。
具体实施方式
本发明的玻璃材料以摩尔％计含有48％以上(其中不包括48％)的Tb2O3，优选含有49％以上的Tb2O3，特别优选含有50％以上的Tb2O3。如果Tb2O3的含量过少，则维尔德常数的绝对值变小，难以得到充分的法拉第效应。另一方面，如果Tb2O3的含量过多，则存在玻璃化困难的倾向，因此优选80％以下、75％以下，特别优选70％以下。
此外，关于Tb规定了3价的氧化物的含量，而关于3价以外的氧化物，优选换算成3价的氧化物时的含量在上述范围内。
关于Tb而言，成为维尔德常数的起源的磁矩，Tb3+大于Tb4+。因此，玻璃材料中的Tb3 +的比例越大，则法拉第效应越大，故而优选。具体而言，全部Tb中Tb3+的比例以摩尔％计优选为50％以上、60％以上、70％以上、80％以上、特别优选为90％以上。
本发明的玻璃材料中除了Tb2O3以外，还能够含有以下所示的各种成分。此外，在关于以下的各成分的含量的说明中，在没有特别说明的情况下，“％”是指“摩尔％”。
SiO2、B2O3和P2O5是成为玻璃骨架，使玻璃化范围变宽的成分。只是，由于这些成分对于维尔德常数的提高没有帮助，所以如果其含量过多，则难以得到充分的法拉第效应。因此，SiO2、B2O3和P2O5的含量各自优选为0～50％、1～45％、特别优选为2～40％。另外，SiO2和B2O3的合计量优选为0～52％、15～51％、特别优选为20～50％。B2O3和P2O5的合计量优选为0～52％、15～51％、特别优选为20～50％。SiO2、B2O3和P2O5的合计量优选为0～52％、15～51％、特别优选为20～50％。
Al2O3是作为中间氧化物形成玻璃骨架、使玻璃化范围变宽的成分。只是，由于Al2O3对于维尔德常数的提高没有帮助，所以如果其含量过多，则难以得到充分的法拉第效应。因此，Al2O3的含量优选为0～50％、0.1～40％、1～30％、1～20％、特别优选为1～10％。
La2O3、Gd2O3、Yb2O3、Y2O3具有使玻璃稳定化的效果，但如果其含量过多，则反而难以玻璃化。因此，La2O3、Gd2O3、Yb2O3、Y2O3的含量各自优选为10％以下、特别优选为5％以下。
Dy2O3、Eu2O3、Ce2O3使玻璃稳定化，并且还有助于维尔德常数的提高。只是，如果其含量过多，则反而难以玻璃化。因此，Dy2O3、Eu2O3、Ce2O3的含量各自优选为15％以下、特别优选为10％以下。此外，关于Dy、Eu、Ce规定了3价的氧化物的含量，但关于3价以外的氧化物(例如CeO2等)，优选换算成3价的氧化物时的含量在上述范围内。
MgO、CaO、SrO、BaO具有提高玻璃的稳定性和化学的耐久性的效果。只是，对于维尔德常数的提高没有帮助，因此如果其含量过多，则难以得到充分的法拉第效应。因此，这些成分的含量各自优选为0～10％、特别优选为0～5％。
Ga2O3具有提高玻璃形成能力、使玻璃化范围变宽的效果。只是，如果其含量过多，则容易失透。另外，Ga2O3对于维尔德常数的提高没有帮助，因此如果其含量过多，则难以得到充分的法拉第效应。因此，Ga2O3的含量优选为0～6％，特别优选为0～5％。
氟具有提高玻璃形成能力、使玻璃化范围变宽的效果。只是，如果其含量过多，则可能会在熔融中挥发而发生组成变动、或者影响玻璃的稳定性。因此，氟的含量(F2换算)优选为0～10％，更优选为0～7％，进一步优选为0～5％。
能够作为还原剂添加Sb2O3。只是，为了避免着色或者考虑对环境的负担，优选Sb2O3的含量为0.1％以下。
本发明的玻璃材料优选特别是在作为隔离器等的磁光学元件使用的情况下的光透过损失尽可能小。因此，本发明的玻璃材料的透光率在波长633nm时优选为50％以上、60％、特别优选为70％以上。
本发明的玻璃材料例如能够利用无容器漂浮法制作。图1是表示用于通过无容器漂浮法制作玻璃材料的制造装置的一例的示意剖面图。以下，一边参照图1，一边对于本发明的玻璃材料的制造方法进行说明。
玻璃材料的制造装置1具有成型模具10。成型模具10还发挥作为熔融容器的作用。成型模具10具有成型面10a和在成型面10a上开口的多个气体喷出孔10b。气体喷出孔10b与气瓶等的气体供给机构11连接。气体从该气体供给机构11经由气体喷出孔10b，供给到成型面10a。气体的种类没有特别限定，例如，既可以为空气、氧，也可以为氮气、氩气、氦气、一氧化碳气体、二氧化碳气体、含有氢的还原性气体。
在使用制造装置1制造玻璃材料时，首先将玻璃原料块12配置在成型面10a上。作为玻璃原料块12，例如可以列举将原料粉末通过加压成型等一体化而成的原料快、将原料粉末通过加压成型等一体化后使其烧结得到的烧结体、具有与目标玻璃组成同等的组成的结晶的集合体等。
然后，使气体从气体喷出孔10b喷出，由此使玻璃原料块12漂浮在成型面10a上。即，将玻璃原料块12以不与成型面10a接触的状态保持。在该状态下，从激光照射装置13对玻璃原料块12照射激光。由此，将玻璃原料块12加热熔融，使其玻璃化，得到熔融玻璃。然后，通过将熔融玻璃冷却，能够得到玻璃材料。在将玻璃原料块12加热熔融的工序和将熔融玻璃、以及玻璃材料的温度冷却到至少软化点以下的工序中，优选至少继续气体的喷出，抑制玻璃原料块12、熔融玻璃、以及玻璃材料与成型面10a的接触。此外，也可以利用通过施加磁场发生的磁力，使玻璃原料块12漂浮在成型面10a上。另外，作为加热熔融的方法，除了照射激光的方法以外，也可以为辐射加热。
实施例
以下，根据实施例说明本发明，但本发明不限于这些实施例。
表1表示本发明的实施例和比较例。
[表1]
各试样如下制作。首先，将以成为表所示的玻璃组成的方式调合的原料加压成型，在1100～1400℃烧结12小时，由此制作玻璃原料块。
接下来，在研钵中将玻璃原料块进行粗粉碎，制成0.05～0.5g的小片。使用所得到的玻璃原料块的小片，通过利用根据图1的装置的无容器漂浮法制作玻璃材料(直径约1～8mm)。其中，作为热源使用100W CO2激光发振器。另外，作为用于使原料块漂浮的气体使用氮气，以流量1～30L/分钟供给。
关于所得到的玻璃材料，使用克尔(Kerr)效应测定装置(日本分光(株)制，型号：K－250)，测定维尔德常数。具体而言，将所得到的玻璃材料以成为1mm左右的厚度的方式进行研磨加工，在15kOe的磁场中测定波长400～850nm的法拉第旋转角，算出波长633nm和850nm时的维尔德常数。此外，波长的扫描速度设为6nm/分钟。将结果表示在表1中。
从表1可知，实施例1～7的玻璃材料在波长633nm时显示－0.69～－1.04的维尔德常数，在波长850nm显示－0.34～－0.52的维尔德常数。另一方面，比较例1的玻璃材料的维尔德常数在波长633nm时为－0.37，在波长850nm时为－0.18，绝对值小。
产业上的可利用性
本发明的玻璃材料适合作为构成光隔离器、光环行器、磁传感器等的磁气设备的磁光学元件。
符号说明
1：玻璃材料的制造装置
10：成型模具
10a：成型面
10b：气体喷出孔
11：气体供给机构
12：玻璃原料块
13：激光照射装置

Claims (6)

1.一种玻璃材料，其特征在于：
以摩尔％计，含有48％以上的Tb2O3，其中，不包括含有48％的Tb2O3的情况。
2.如权利要求1所述的玻璃材料，其特征在于：
以摩尔％计，Tb2O3的含量为80％以下。
3.如权利要求1或2所述的玻璃材料，其特征在于：
以摩尔％计，还含有0～50％的SiO2、0～50％的B2O3、0～50％的Al2O3、0～50％的P2O5。
4.如权利要求1～3中任一项所述的玻璃材料，其特征在于：
用作磁光学元件。
5.如权利要求4所述的玻璃材料，其特征在于：
用作法拉第旋转元件。
6.一种玻璃材料的制造方法，用于制造权利要求1～5中任一项所述的玻璃材料，该制造方法的特征在于，包括：
在保持玻璃原料块漂浮的状态下，将所述玻璃原料块加热使其熔解，得到熔融玻璃后，将所述熔融玻璃冷却的工序。
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