无铅助熔剂提拉法生长钇铁石榴石晶体

摘要

钇铁石榴石(Y3Fe5O12，YIG)在磁性理论研究和微波技术应用中具有重要地位，也是最早商业化应用的磁光晶体。YIG在1200nm～5000nm波段范围内透明，在红外波段具有较优异的磁光性能，广泛应用于激光和光通信等高技术领域。但在YIG晶体生长工艺中长期使用的含铅助熔剂不仅不利于环保，而且还腐蚀铂坩埚并降低了晶体的磁光性能。本文在详细分析本领域国内外资料的基础上用无铅助熔剂提拉法生长YIG晶体，并对其组分、形貌和性能等进行了分析。 采用BaO—B2O3-BaF2体系的无铅助熔剂结合提拉法生长YIG晶体。通过实验和XRD物相分析，确定了YIG的主要原料Y2O3与Fe2O3的摩尔百分比为20：80。在这个比例能有效抑制YFeO3等杂相的产生，生长出的晶体为YIG单相。主要原料与助熔剂的质量比例为7：3。确定助熔剂中BaO：B2O3：BaF2(摩尔百分比)为6：34：60。提拉YIG适合的工艺参数为：转速为12～20转每分钟，拉速为0.02～0.5毫米每小时。 对影响YIG晶体生长的主要因素如气氛、组分配比、温度、熔体粘度等进行详细分析，通过XRD物相分析确定助熔剂的挥发物主要物质是BaF2，讨论了助熔剂挥发、温度梯度、温度场中心和熔体粘度对晶体生长质量的影响。 通过XRD物相分析和显微形貌分析更好地了解了组分配比与生长工艺参数对晶体质量的影响。红外光谱分析和VSM测试结果表明属亚铁磁性物质的YIG晶体性能良好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1.引言

1.2.磁光效应、磁光材料

1.2.1.磁光效应

1.2.2.磁光材料

1.3.典型的磁光材料——YIG晶体

1.3.1.YIG晶体结构

1.3.2.YIG应用简介

1.3.3.YIG晶体生长研究现状

1.4.本文的主要研究内容

第2章 钇铁石榴石晶体生长

2.1.晶体生长原理与YIG生长体系选择

2.1.1.熔体法生长晶体的原理

2.1.2.熔盐法

2.1.3.提拉法

2.2.研究总体方案设计

2.3.钇铁石榴石晶体生长

2.3.1.原料制备

2.3.2.晶体生长设备

2.3.3.温场

2.3.4.晶体生长工艺参数

2.3.5.晶体生长过程

2.3.6.生长出的钇铁石榴石晶体

2.4.结果与讨论

2.4.1.气氛对YIG晶体生长的影响

2.4.2.主要原料的配比对YIG晶体生长的影响

2.4.3.助熔剂对YIG晶体生长的影响

2.4.4.温度对YIG晶体生长的影响

2.4.5.熔体粘度对YIG晶体生长的影响

2.4.6.其它相关生长工艺参数对YIG晶体生长的影响

2.5.本章小结

第3章 物相、形貌和性能分析

3.1.物相分析

3.1.1.XRD的分析原理

3.1.2.物相分析结果与讨论

3.2.显微形貌分析

3.2.1.显微形貌分析原理

3.2.2.显微分析结果与讨论

3.3.红外光谱分析

3.4.磁性能分析

3.4.1.VSM的分析原理

3.4.2.VSM分析结果与讨论

3.5.本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢