玻璃材料及其製造方法與流程

2023-10-24 07:02:02 3

本發明涉及適合於光隔離器、光環行器、磁傳感器等構成磁氣設備的磁光學元件的玻璃材料及其製造方法。

背景技術：

已知包含作為順磁性化合物的氧化鋱的玻璃材料顯示作為磁光效應之一的法拉第效應。法拉第效應是指使通過放置在磁場中的材料的直線偏光的偏光面旋轉的效果。這樣的效果在光隔離器或磁場傳感器等中利用。

將磁場的強度設為h，將偏光所通過的物質的長度設為l，通過以下的式子表示由法拉第效應帶來的旋光度(偏光面的旋轉角)θ。在式中，v是依賴於物質的種類的常數，被稱為維爾德常數。維爾德常數在反磁性體時為正的值，在順磁性體時為負的值。維爾德常數的絕對值越大，則旋光度的絕對值也越大，作為結果顯示更大的法拉第效應。

θ＝vhl

以往，作為顯示法拉第效應的玻璃材料，已知sio2－b2o3－al2o3－tb2o3系的玻璃材料(參照專利文獻1)、p2o5－b2o3－tb2o3系的玻璃材料(參照專利文獻2)或者p2o5－tbf3－rf2(r為鹼土金屬)系的玻璃材料(參照專利文獻3)等。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特公昭51－46524號公報

專利文獻2：日本特公昭52－32881號公報

專利文獻3：日本特公昭55－42942號公報

技術實現要素：

發明所要解決的課題

上述的玻璃材料雖然顯示一定程度的法拉第效應，但近年來，隨著磁氣設備越來越小型化，要求法拉第效應的進一步的提高，以使得即使小的部件也顯示充分的旋光度。

鑑於以上情況，本發明的目的在於提供顯示比以往更大的法拉第效應的玻璃材料。

用於解決課題的方法

本發明的玻璃材料的特徵在於，以摩爾％計，含有48％以上的tb2o3(其中不包括48％)。本發明的玻璃材料由於含有如上所述大量的tb2o3，所以維爾德常數的絕對值增大。其結果，顯示比以往更大的法拉第效應。此外，含有如上所述大量的tb2o3的玻璃材料通常難以玻璃化。然而，根據後述的無容器漂浮法，即使是這樣難以玻璃化的組成，也能夠容易地玻璃化。

在本發明的玻璃材料中，以摩爾％計，優選tb2o3的含量為80％以下。如果tb2o3的含量為上述範圍，則能夠比較容易地進行玻璃化。

本發明的玻璃材料，以摩爾％計，優選還含有0～50％的sio2、0～50％的b2o3、0～50％的al2o3、0～50％的p2o5。sio2、b2o3、al2o3、p2o5是構成玻璃骨架的成分，因此通過含有這些成分，能夠比較容易地進行玻璃化。

本發明的玻璃材料能夠用作磁光學元件。例如，本發明的玻璃材料能夠用作作為磁光學元件的一種的法拉第旋轉元件。通過用於上述的用途，能夠享有本發明的效果。

本發明的玻璃材料的製造方法是用於製造上述的玻璃材料的方法，其特徵在於，包括：在保持玻璃原料塊漂浮的狀態下，將玻璃原料塊加熱使其熔解，得到熔融玻璃後，將熔融玻璃冷卻的工序。

通常，玻璃材料通過將原料在坩堝等熔融容器內熔融、冷卻來製作(熔融法)。然而，本發明的玻璃材料基本上具有如上所述大量含有不構成玻璃骨架的tb2o3的組成，是難以玻璃化的材料，因此在熔融法中，存在以與熔融容器的接觸界面為起點進行結晶化的問題。

即使是難以玻璃化的組成，通過消除在與熔融容器的界面的接觸，也能夠玻璃化。作為這樣的方法，已知在使原料漂浮的狀態下進行熔融、冷卻的無容器漂浮法。如果使用該方法，則熔融玻璃幾乎不與熔融容器接觸，因此能夠防止以與熔融容器的界面為起點的結晶化，從而能夠玻璃化。

發明的效果

根據本發明，能夠提供顯示比以往更大的法拉第效應的玻璃材料。

附圖說明

圖1是表示用於製造本發明的玻璃材料的裝置的一個實施方式的示意剖面圖。

具體實施方式

本發明的玻璃材料以摩爾％計含有48％以上(其中不包括48％)的tb2o3，優選含有49％以上的tb2o3，特別優選含有50％以上的tb2o3。如果tb2o3的含量過少，則維爾德常數的絕對值變小，難以得到充分的法拉第效應。另一方面，如果tb2o3的含量過多，則存在玻璃化困難的傾向，因此優選80％以下、75％以下，特別優選70％以下。

此外，關於tb規定了3價的氧化物的含量，而關於3價以外的氧化物，優選換算成3價的氧化物時的含量在上述範圍內。

關於tb而言，成為維爾德常數的起源的磁矩，tb3+大於tb4+。因此，玻璃材料中的tb3+的比例越大，則法拉第效應越大，故而優選。具體而言，全部tb中tb3+的比例以摩爾％計優選為50％以上、60％以上、70％以上、80％以上、特別優選為90％以上。

本發明的玻璃材料中除了tb2o3以外，還能夠含有以下所示的各種成分。此外，在關於以下的各成分的含量的說明中，在沒有特別說明的情況下，「％」是指「摩爾％」。

sio2、b2o3和p2o5是成為玻璃骨架，使玻璃化範圍變寬的成分。只是，由於這些成分對於維爾德常數的提高沒有幫助，所以如果其含量過多，則難以得到充分的法拉第效應。因此，sio2、b2o3和p2o5的含量各自優選為0～50％、1～45％、特別優選為2～40％。另外，sio2和b2o3的合計量優選為0～52％、15～51％、特別優選為20～50％。b2o3和p2o5的合計量優選為0～52％、15～51％、特別優選為20～50％。sio2、b2o3和p2o5的合計量優選為0～52％、15～51％、特別優選為20～50％。

al2o3是作為中間氧化物形成玻璃骨架、使玻璃化範圍變寬的成分。只是，由於al2o3對於維爾德常數的提高沒有幫助，所以如果其含量過多，則難以得到充分的法拉第效應。因此，al2o3的含量優選為0～50％、0.1～40％、1～30％、1～20％、特別優選為1～10％。

la2o3、gd2o3、yb2o3、y2o3具有使玻璃穩定化的效果，但如果其含量過多，則反而難以玻璃化。因此，la2o3、gd2o3、yb2o3、y2o3的含量各自優選為10％以下、特別優選為5％以下。

dy2o3、eu2o3、ce2o3使玻璃穩定化，並且還有助於維爾德常數的提高。只是，如果其含量過多，則反而難以玻璃化。因此，dy2o3、eu2o3、ce2o3的含量各自優選為15％以下、特別優選為10％以下。此外，關於dy、eu、ce規定了3價的氧化物的含量，但關於3價以外的氧化物(例如ceo2等)，優選換算成3價的氧化物時的含量在上述範圍內。

mgo、cao、sro、bao具有提高玻璃的穩定性和化學的耐久性的效果。只是，對於維爾德常數的提高沒有幫助，因此如果其含量過多，則難以得到充分的法拉第效應。因此，這些成分的含量各自優選為0～10％、特別優選為0～5％。

ga2o3具有提高玻璃形成能力、使玻璃化範圍變寬的效果。只是，如果其含量過多，則容易失透。另外，ga2o3對於維爾德常數的提高沒有幫助，因此如果其含量過多，則難以得到充分的法拉第效應。因此，ga2o3的含量優選為0～6％，特別優選為0～5％。

氟具有提高玻璃形成能力、使玻璃化範圍變寬的效果。只是，如果其含量過多，則可能會在熔融中揮發而發生組成變動、或者影響玻璃的穩定性。因此，氟的含量(f2換算)優選為0～10％，更優選為0～7％，進一步優選為0～5％。

能夠作為還原劑添加sb2o3。只是，為了避免著色或者考慮對環境的負擔，優選sb2o3的含量為0.1％以下。

本發明的玻璃材料優選特別是在作為隔離器等的磁光學元件使用的情況下的光透過損失儘可能小。因此，本發明的玻璃材料的透光率在波長633nm時優選為50％以上、60％、特別優選為70％以上。

本發明的玻璃材料例如能夠利用無容器漂浮法製作。圖1是表示用於通過無容器漂浮法製作玻璃材料的製造裝置的一例的示意剖面圖。以下，一邊參照圖1，一邊對於本發明的玻璃材料的製造方法進行說明。

玻璃材料的製造裝置1具有成型模具10。成型模具10還發揮作為熔融容器的作用。成型模具10具有成型面10a和在成型面10a上開口的多個氣體噴出孔10b。氣體噴出孔10b與氣瓶等的氣體供給機構11連接。氣體從該氣體供給機構11經由氣體噴出孔10b，供給到成型面10a。氣體的種類沒有特別限定，例如，既可以為空氣、氧，也可以為氮氣、氬氣、氦氣、一氧化碳氣體、二氧化碳氣體、含有氫的還原性氣體。

在使用製造裝置1製造玻璃材料時，首先將玻璃原料塊12配置在成型面10a上。作為玻璃原料塊12，例如可以列舉將原料粉末通過加壓成型等一體化而成的原料快、將原料粉末通過加壓成型等一體化後使其燒結得到的燒結體、具有與目標玻璃組成同等的組成的結晶的集合體等。

然後，使氣體從氣體噴出孔10b噴出，由此使玻璃原料塊12漂浮在成型面10a上。即，將玻璃原料塊12以不與成型面10a接觸的狀態保持。在該狀態下，從雷射照射裝置13對玻璃原料塊12照射雷射。由此，將玻璃原料塊12加熱熔融，使其玻璃化，得到熔融玻璃。然後，通過將熔融玻璃冷卻，能夠得到玻璃材料。在將玻璃原料塊12加熱熔融的工序和將熔融玻璃、以及玻璃材料的溫度冷卻到至少軟化點以下的工序中，優選至少繼續氣體的噴出，抑制玻璃原料塊12、熔融玻璃、以及玻璃材料與成型面10a的接觸。此外，也可以利用通過施加磁場發生的磁力，使玻璃原料塊12漂浮在成型面10a上。另外，作為加熱熔融的方法，除了照射雷射的方法以外，也可以為輻射加熱。

實施例

以下，根據實施例說明本發明，但本發明不限於這些實施例。

表1表示本發明的實施例和比較例。

[表1]

各試樣如下製作。首先，將以成為表所示的玻璃組成的方式調合的原料加壓成型，在1100～1400℃燒結12小時，由此製作玻璃原料塊。

接下來，在研缽中將玻璃原料塊進行粗粉碎，製成0.05～0.5g的小片。使用所得到的玻璃原料塊的小片，通過利用根據圖1的裝置的無容器漂浮法製作玻璃材料(直徑約1～8mm)。其中，作為熱源使用100wco2雷射發振器。另外，作為用於使原料塊漂浮的氣體使用氮氣，以流量1～30l/分鐘供給。

關於所得到的玻璃材料，使用克爾(kerr)效應測定裝置(日本分光(株)制，型號：k－250)，測定維爾德常數。具體而言，將所得到的玻璃材料以成為1mm左右的厚度的方式進行研磨加工，在15koe的磁場中測定波長400～850nm的法拉第旋轉角，算出波長633nm和850nm時的維爾德常數。此外，波長的掃描速度設為6nm/分鐘。將結果表示在表1中。

從表1可知，實施例1～7的玻璃材料在波長633nm時顯示－0.69～－1.04的維爾德常數，在波長850nm顯示－0.34～－0.52的維爾德常數。另一方面，比較例1的玻璃材料的維爾德常數在波長633nm時為－0.37，在波長850nm時為－0.18，絕對值小。

產業上的可利用性

本發明的玻璃材料適合作為構成光隔離器、光環行器、磁傳感器等的磁氣設備的磁光學元件。

符號說明

1：玻璃材料的製造裝置

10：成型模具

10a：成型面

10b：氣體噴出孔

11：氣體供給機構

12：玻璃原料塊

13：雷射照射裝置