JPH0455363A - 多結晶透明イットリウムアルミニウムガーネット焼結体及びその製造方法 - Google Patents

多結晶透明イットリウムアルミニウムガーネット焼結体及びその製造方法

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JPH0455363A
JPH0455363A JP16366690A JP16366690A JPH0455363A JP H0455363 A JPH0455363 A JP H0455363A JP 16366690 A JP16366690 A JP 16366690A JP 16366690 A JP16366690 A JP 16366690A JP H0455363 A JPH0455363 A JP H0455363A
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yttrium aluminum
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transparent yttrium
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の利用分野1 この発明は、多結晶透明イツトリウムアルミニウムガー
ネット焼結体と、その製造方法とに関する。
[従来技術I Y zO3/ A Izo 3を主成分とする多結晶透
明イツトリウムアルミニウムガーネット焼結体は、立方
晶系で複屈折がなく、紫外線領域から赤外線領域までに
わたる光透過率に優れた透明な焼結体である。そしてこ
のような焼結体は、レーザホスト材料や蛍光材料等の各
種光学材料に用いられる。
多結晶透明イツトリウムアルミニウムガーネットの製造
方法には、例えば(1)Y2O3とAl2O3との混合
物のホットプレス、 (2)yz (soa)sとAlz (so、)3の混
合塩の直接熱分解、 あるいは(3)イツトリウムイオンとアルミニウムイオ
ンとの尿素沈澱(特開平2−92,817)等が知られ
ている。
しかしながら(1)のホットプレス法では、ダイスに用
いる炭素から焼結体に炭素が侵入し透明度が低下する。
まI;ホットプレスでは複雑な形状のものは製造できず
、製造効率も低い。(2)の直接熱分解法では、分解温
度が高いため2次粒子の成長が進行し、焼結が困難とな
って焼結体の透明度が低下する。(3)の尿素沈澱法で
は、加温下での尿素のアンモニアへの分解を利用する。
このため反応容器が複雑で、また生成するアンモニア蒸
気の悠理が必要となる。
[発明の課題] この発明は、透明度に優れた多結晶イツトリウムアルミ
ニウムガーネット焼結体とその製造方法とを提供するこ
とを課題とする。この発明の製造法は特に、本質的に乾
式で、容易に多結晶透明イツトリウムアルミニウムガー
ネットを製造し得るようにすることを課題とする。
〔発明の構成1 この発明の多結晶透明イツトリウムアルミニウムガーネ
ット焼結体は、Y2O3とAl!O3とのモル比を0.
374 : 0.626〜0.40:0.60とすると
共に、焼結体中には、焼結体の全重量に対する重量pp
m単位で3〜1200ppmのF−イオンを含有させた
ことを特徴とする。
ここで焼結体中のY2O3とA I 20 sとのモル
比は、好ましくは0.375 : 0.625〜0.3
98+o、eθ2とし、焼結体中のF−イオン含有量は
好ましくは、5〜1000wtppmとする。
このような多結晶透明イツトリウムアルミニウムガーネ
ットの製造は例えば、Y、O,と仮焼によりY2O.に
熱分解する化合物とからなる群の少なくとも一員の物質
と、Al2O,と仮焼によりAt。
Olに熱分解する化合物とからなる群の少なくとも一員
の物質とを、仮焼後のY、O,とA I2O.のモル比
が0.374 : 0.626〜0.40 : 0.6
0となるように混合し、500〜1300℃で仮焼し、
仮焼生成物には生成物の全量に対し4000wtppm
以下のF−イオンを含有させ、この仮焼生成物を無酸素
雰囲気で1300〜1550℃の温度で1次焼成した後
に、無酸素雰囲気で1650〜1900℃で焼結して製
造する。
好ましくは1次焼成と焼結とを1次焼成生成物を冷却す
ることなく連続して行い、1次焼成温度から焼結温度へ
の昇温速度を120℃/時間以下とする。
この発明では、F−イオンを焼結助剤とし、Y。
O8とA tto、とのモル比を特定の範囲とし、これ
を特定の条件で焼結して、多結晶透明イツトリウムアル
ミニウムガーネット焼結体とする。
【実施例〕
試薬特級(7)AI (NH4) ・(SO4)zとY
CI。
とを所定のモル比で秤量し、ボールミル粉砕の後、空気
中1200°Cで3時間仮焼し、平均粒径1μm以下の
多結晶イツトリウムアルミニウムガーネット(以下YA
G)を得た。仮焼前に、焼結助剤としてLiFを所定の
重量添加し、均一に混合した。
出発材料はAI(NH4)・(SO4)!とYCI。
とに限らず、A1やYの水酸化物、次階塩、その他50
0〜1300℃で熱分解しYAGに転化する物質であれ
ば、任意の出発材料を用いることができる。またA 1
.0.やY2O.も出発材料に用いることかできるが、
仮焼時の反応性が低くYAGの生成が遅いため、A1や
Yの塩を出発材料とすることが好ましい。仮焼雰囲気は
任意であるが、好ましくは空気中や酸素中等の含酸素雰
囲気とする。仮焼温度はYAGを生成させるため下限を
500°Cとし、YAGの異常粒子成長を防止し焼結時
の活性を維持するI;め上限を1300℃とする。
加えたフッ素化合物は焼結助剤であり、LiFの他に、
NaF、MgF、、N)i、F、テトラフルオロエチレ
ン樹脂等の任意のフッ素原料を用い得る。
好ましい添加量は、F−イオン換算で、仮焼後のYAG
の全重量に対し4000wtppm以下、より好ましく
は100〜4000wt ppmとする。F−イオンの
添加量が不足の場合には後の焼結時の焼結性が低下し、
過剰の場合には焼結時に異相が析出し、いずれも透明度
が低下する。F−イオンは仮焼の前後のいずれの段階で
加えても良いが、好ましくは仮焼前に加え、YAG中に
均一に分布させる。なおAlF3やYFl等をフッ素源
とする場合、生成するAl5o、やY2O.は、YAG
中のA 1 x OaやY、Chに含めて換算する。
仮焼生成物のYAG粉末を粉砕後100メツシュパスに
造粒し、プレス成型で適宜の形状に成型する。成型後の
YAGを、真空中、水素中、Ar中、He中等の、無酸
素雰囲気で焼結した。空気中や酸素中では透明な焼結体
は得られず、無酸素雰囲気中であれば雰囲気の影響は僅
かである。焼結は1次焼成と焼結との2段階で行い、1
次焼成ではYAGをある程度焼結させると共に、YAG
粒子の活性を抑え焼結(2次焼成)でのYAG粒子の異
常成長を防止する。YAG粒子の異常成長が生じると、
焼結体は不透明となる。
1次焼成温度は最高温度を1300〜1550℃とし、
これ以下では焼結体の緻密化が不十分で、これ以上では
YAG粒子の異常成長による不透明化が生じる。1次焼
成と焼結とは好ましくは連続して行い、その間の昇温速
度は好ましくは120℃/時間以下、より好ましくは1
00℃/時間以下とする。昇温速度を高めると、均一な
粒成長が得られず透明度が低下する。焼結温度は最高温
度を1650〜1900℃とし、1650℃未満では焼
結が不十分で透明度が低下し、1900°Cを越えると
YAGの溶融や蒸発が顕著となる。1次焼成や焼結の過
程で、LiF中のLi元素はL1!0に転化し、YAG
中に固溶するものと思りするが明らかでない。しかしな
がら生成するL i、o等のフッ素のカウンターイオン
の酸化物は微量で、焼結体の透明度にはほとんど影響し
ない。
1次焼成を1350°Cで3時間とし、Y2O.とAl
2O3とのモル比やF−イオン添加量、焼結条件等を変
化させt;際の結果を、表1に示す。同様の調製条件で
の比較例に関する結果を表2に示す。
表中、F−イオンの添加量はYAGの全重量に対するF
−イオン換算での添加時の量を重量ppm単位で示しt
;。仮焼時のF−イオンの蒸発は僅かで、仮焼の前後で
のF−イオン含有量の変化は無視できる。F−イオンの
添加時期は仮焼前の添加を前と、仮焼後の添加を後と記
載した。雰囲気は1次焼成と焼結とを共通とし、F−イ
オン含有量は焼結体の全重量へのF−イオン換算での含
有量である。直線透過率は厚さ1.Ommの焼結体に対
する波長550nmでの直線透過率を示す。
表1から明らかなように、実施例では70%以上の直線
透過率が得られるが、比較例での直線透過率は50%以
下となる。また焼結雰囲気は無酸素雰囲気であれば、真
空、水素、希ガスを問わず、結果はほぼ一定である。焼
結体中のF−イオン含有量は5〜1000wtppmの
範囲で良い結果が得られ(試料1〜3)、昇温速度は1
00℃/時間以下で良い結果が得られる。昇温速度を1
50℃/時間以上とした試料では、直線透過率は50%
以下に低下する(表2)。
第180に、主な試料についての結果を、Y、O。
/ (YzOs+Al*Os)のモル比と焼結体中のF
−イオン含有量とを軸に表示する。焼結雰囲気は無酸素
雰囲気であればほぼ同等の結果を与えるので雰囲気の相
違は無視し、昇温速度が100℃以下の試料についての
み図示した。
試料No。
表 (実施例) 組 成(モル比) Y20s/A1□03 F−添加量と 添加時期 焼結温度と 時間 昇温速度 雰囲気 F−含有量 (”C/hr)     (wtppm)直線透過率 (%) 0.376:0.624   100 〃         100 /l       4000 0.380:0.620 2000 〃       3000 0.3g’7:0.613   100〃      
 3000 ”        3000 0.398:0.602   100 ”        1000 ”        2000 ”        4000 0.376:0.624 2000 〃        1000 0.398:0.602 1000 〃        4000 hr hr hr hr 0hr hr hr hr 0hr hr hr hr hr hr hr hr 盲穴 ベニ 盲穴 バエ 真空 盲穴 1(工 真空 盲穴 7(二 盲穴 7(工 真空 盲穴 γ嘴工 盲穴 バエ 盲穴 バエ 盲穴 1く工 e r e 73゜2 71.3 70.1 78.3 78.8 76.8 70.2 79.5 77.7 76.9 78.2 75.1 73.8 73.1 70.5 72.3 実施例では特定の調製条件についてのみ説明したが、こ
れに限るものではない。例えば多結晶透明YAGへの添
加物はF−イオン以外にも種々のものが公知で、透明度
を低下させない範囲で公知の添加物を付加しても良い。
ムアルミニウムガーネット焼結体の透過率への影響を示
す特性図である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)多結晶透明イットリウムアルミニウムガーネット
    焼結体において、 Y_2O_3とAl_2O_3とのモル比を0.374
    :0.626〜0.40:0.60とすると共に、焼結
    体中には、焼結体の全重量に対する重量ppm単位で3
    〜1200ppmF^−イオンを含有させたことを特徴
    とする、多結晶透明イットリウムアルミニウムガーネッ
    ト焼結体。
  2. (2)Y_2O_3とAl_2O_3とのモル比を0.
    375:0.625〜0.398:0.602とし、か
    つF^−イオン含有量を5〜1000ppmとしたこと
    を特徴とする、請求項lに記載の多結晶透明イットリウ
    ムアルミニウムガーネット焼結体。
  3. (3)Y_2O_3と仮焼によりY_2O_3に熱分解
    する化合物とからなる群の少なくとも一員の物質と、A
    l_2O_3と仮焼によりAl_2O_3に熱分解する
    化合物とからなる群の少なくとも一員の物質とを、仮焼
    後のY_2O_3とAl_2のモル比が0.374:0
    .626〜0.40:0.60となるように混合し、5
    00〜1300℃で仮焼し、 仮焼生成物には、生成物の全量に対し4000wtpp
    m以下のF^−イオンを含有させ、この仮焼生成物を無
    酸素雰囲気で1300〜1550℃の温度で1次焼成し
    た後に、 無酸素雰囲気で1650〜1900℃で焼結し、F^−
    イオン含有量3〜1200wtppmの多結晶透明イッ
    トリウムアルミニウムガーネットとすることを特徴とす
    る、多結晶透明イットリウムアルミニウムガーネット焼
    結体の製造方法。
  4. (4)1次焼成と焼結とを、1次焼成生成物を冷却する
    ことなく連続して行い、 1次焼成温度から焼結温度への昇温速度を120℃/時
    間以下とすることを特徴とする、請求項3に記載の多結
    晶透明イットリウムアルミニウムガーネット焼結体の製
    造方法。
  5. (5)仮焼雰囲気を酸素含有雰囲気としたことを特徴と
    する、請求項3または4に記載の多結晶透明イットリウ
    ムアルミニウムガーネット焼結体の製造方法。
  6. (6)Y_2O_3と仮焼によりY_2O_3に熱分解
    する化合物とからなる群の少なくとも一員の物質と、A
    l_2O_3と仮焼によりAl_2O_3に熱分解する
    化合物とからなる群の少なくとも一員の物質とを、Y_
    2O_3とAl_2O_3のモル比が0.375:0.
    625〜0.398:0.602となるように混合する
    と共に、 焼結生成物の多結晶透明イットリウムアルミニウムガー
    ネット焼結体中のF^−イオン含有量を5〜1000w
    tppmとしたことを特徴とする、請求項3〜5のいず
    れかに記載の多結晶透明イットリウムアルミニウムガー
    ネット焼結体の製造方法。
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