多晶YAG烧结体及其制造方法技术

本发明专利技术涉及多晶YAG烧结体及其制造方法。一种多晶YAG烧结体，其特征在于，在将包围YAG烧结体的最小的长方体的尺寸设为Amm

【技术实现步骤摘要】
多晶YAG烧结体及其制造方法
[0001]本申请是申请日为2018年10月29日、申请号为201880036770.8的中国专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及多晶YAG(钇铝石榴石)烧结体及其制造方法。

技术介绍

[0003]YAG(钇铝石榴石)为包含钇和铝的复合氧化物(Y3Al5O
12
)的石榴石结构的晶体。一直以来，已知：1)通过添加在稀土元素中的从原子序数57的Ce至原子序数70的Yb的元素而使构成YAG的Y元素进行置换固溶；或者2)通过添加在过渡金属中的从原子序数22的Ti至原子序数28的Ni的元素而使构成YAG的Al元素进行置换固溶，由此置换后的元素成为发光中心并且具有强荧光，并且使用其制作了荧光体、激光介质等。另外，由于不添加任何元素的YAG自身在可见光区域中是透明的且坚硬(硬度8.5)，因此可以用作能够在严苛环境(等离子体等)下使用的窗(窗口)用材料。
[0004]迄今为止，这样的YAG陶瓷通过将容易制作的粉末形状包埋在树脂中而使用、或者通过生长单晶而使用。但是，虽然容易制作粉末，但是发光容易被散射，发光效率不高。另一方面，虽然单晶的散射少从而发光效率高，但是由于在单晶的生长时在接近2000℃的高温下从氧化物的熔融液中生长单晶，因此需要使用在高温下具有抗氧化性的极其昂贵的铱，并且生长速度也必须设定为极慢的约1mm/小时，否则会产生大量缺陷，从而使透射性变差、晶体自身的强度也变差。另外，所生长的单晶中存在大量微裂纹，存在在加工成所要求的形状时发生预料外的破裂的问题。
[0005]近年来，已经实现了通过使用与制作普通的陶瓷时同样的成型烧结的方法来制作尽可能抑制存在于晶界处的孔隙(空隙)的多晶YAG，并且已知该多晶YAG显示出优异的透射特性，尽管略逊色于单晶。另外，由于通过与陶瓷同样的粉末烧结而制作，因此没有在单晶的熔融液生长中观察到的添加元素的偏析现象(在所生长的锭中在添加元素的浓度方面观察到梯度的现象)，并且由于添加元素的固溶极限也比单晶生长时高，因此能够制作抵消比单晶差的透射特性的程度的明亮的荧光体、发光强度高的激光介质。作为涉及多晶YAG烧结体的专利技术，例如可以列举专利文献1、2。
[0006]由于激光能够产生高的光量密度，因此能够对物质施加局部极强的电磁场，近年来，进行了大量的应用激光的研究。例如，金属等的切割(激光加工)；通过对熔融锡等的液滴照射激光而形成等离子体，并利用该等离子体生成极远紫外光从而应用于超微细光刻用光源；利用激光有效地进行重粒子加速，并对患部照射进行加速后的重粒子从而有助于癌症治疗；等。在这样的领域中使用的激光器被称为高功率激光器，是在激光器中光强度特别强的激光器，由于大型品的制作比较容易，因此迄今为止使用添加了钕或镱的玻璃等作为高功率激光器用的激光介质。
[0007]然而，添加了钕等的玻璃等的机械强度弱、导热性也差，因此一旦振荡时，冷却要
花费数小时，在连续使用上存在问题。在这一点上，由于上述的YAG的机械强度高并且导热性也良好，因此特别适合作为高功率激光器用激光介质。另外，激光介质越大，越能够构建高输出功率的激光器，此外，由于通过粉末烧结而制作，因而容易大型化，因此可以说在质量上可与单晶媲美的多晶YAG(烧结体)是最佳的激光介质。另一方面，自1995年首次制作激光振荡的多晶YAG以来已经20年以上，但是迄今为止最大的尺寸为约φ100mm。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1：日本专利第4237707号
[0011]专利文献2：日本专利第5019380号

技术实现思路

[0012]专利技术所要解决的问题
[0013]本专利技术的课题在于提供一种大型且透明的多晶YAG烧结体及其制造方法。
[0014]用于解决问题的手段
[0015]本专利技术的实施方式为一种多晶YAG烧结体，其特征在于，在将包围YAG烧结体的最小的长方体的尺寸设为Amm
×
Bmm
×
Cmm时，A、B、C中的最大值小于等于150mm，A、B、C中的最小值大于20mm且小于等于40mm，并且在使波长300nm～1500nm(但是，不包括存在由添加元素引起的吸收的波长)的光透过时的光损耗系数为0.002cm
‑1以下。
[0016]另外，本专利技术的实施方式为一种多晶YAG烧结体，其特征在于，A、B、C中的最大值大于150mm且小于等于300mm，A、B、C中的最小值大于5mm且小于等于40mm，并且在使波长300nm～1500nm(但是，不包括存在由添加元素引起的吸收的波长)的光透过时的光损耗系数为0.002cm
‑1以下。
[0017]另外，本专利技术的实施方式为一种多晶YAG烧结体的制造方法，其为上述多晶YAG烧结体的制造方法，其特征在于，将含有Y2O3粉末和Al2O3粉末的混合粉末成型而制作相对密度为60％以上的成型体，在对该成型体进行烧结时，在升温工序和保持工序中将真空度保持在1
×
10
‑2Pa以下的同时在1600℃～1900℃下进行烧结，在烧结后，将冷却速度设定为100℃/小时以下直至1100℃。
[0018]专利技术效果
[0019]根据本专利技术的实施方式，能够稳定地制造大型且透明的多晶YAG烧结体。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的实施方式所涉及的散射光测定系统的示意图。
[0021]附图标记
[0022]1：光源(卤素灯)
[0023]2：分光器
[0024]3：透镜
[0025]4：透镜
[0026]5：斩波器
[0027]6：积分器
[0028]7：挡板
[0029]8：光检测器(光电倍增管)
[0030]9：光检测器(光电倍增管)
[0031]10：锁定放大器
[0032]11：试样
[0033]12：信号
[0034]13：信号
[0035]14：信号
具体实施方式
[0036]近年来，正在进行将激光应用于材料加工等的研究，并且要求输出功率更高的激光器。一直以来，使用添加了Nd、Yb等的YAG陶瓷作为激光介质，但是如果能够制作比以往更大型的YAG陶瓷，则能够发出更多的激发光，因此能够制作高输出功率的激光器。
[0037]由于多晶YAG通过粉末烧结而制作，因此本来能够制作成任意的形状。然而，随着烧结体逐渐大型化，在其中心部残留烧结不均，从整体来看成为不透明的烧结体。例如，在现有技术中，烧结体的一边(或直径)大至100mm时，另一边(或厚度)优选为约10mm，并且20mm为极限。另外，烧结体的一边(或直径)大于150mm时，制作另一边(或厚度)大于5mm的烧结体变得非常困难。
[0038]通过对大型的YAG烧结体的烧结工艺进行了深入研究发现，由于烧结从外周部分开始，因此容易在中心部残存残留孔(烧结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多晶YAG烧结体，其特征在于，在将包围YAG烧结体的最小的长方体的尺寸设为Amm
×
Bmm
×
Cmm时，最大值(A,B,C)小于等于150mm，最小值(A,B,C)大于20mm且小于等于40mm，并且在使波长300nm～1500nm的光透过时的光损耗系数为0.002cm
‑1以下，其中，波长300nm～1500nm的范围中不包括存在由添加元素引起的吸收的波长。2.如权利要求1所述的多晶YAG烧结体，其特征在于，所述最小值(A,B,C)大于等于30mm且小于等于40mm。3.一种多晶YAG烧结体，其特征在于，在将包围YAG烧结体的最小的长方体的尺寸设为Amm
×
Bmm
×
Cmm时，最大值(A,B,C)大于150mm且小于等于300mm，最小值(A,B,C)大于5mm且小于等于40mm，并且在使波长300nm～1500nm的光透过时的光损耗系数为0.002cm
‑1以下，其中，波长300nm～1500nm的范围中不包括存在由添加元素引起的吸收的波长。4.如权利要求3所述的多晶YAG烧结体，其特征在于，所述最小值(A,B,C)大于等于20mm且小于等于40mm。5.一种多晶YAG烧结体的制造方法，其特征在于，将含有Y2O3粉末和Al2O3粉末的混合粉末成型而制作相对密度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：三上充，山崎芳树，
申请(专利权)人：捷客斯金属株式会社，
类型：发明
国别省市：