本发明专利技术涉及电光陶瓷，它们的制造方法，尤其涉及具有立方晶体结构的无源电光陶瓷、它们的制造工艺及其应用，由其制造的折射、透射或衍射光学元件，它们的应用和光学成像系统。这些电光陶瓷和光学元件对于可见光和／或红外辐射是透明的。电光陶瓷由晶体基质组成、即多晶材料，其中至少９５ｗｔ％、优选至少９８ｗｔ％的单微晶体具有立方烧绿石或荧石结构。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电光陶瓷(optoceramics)，它们的生产工艺及其应用。本专利技术还涉及 由这些电光陶瓷制造的折射、透射或衍射光学元件以及成像光学元件。这些电光陶瓷和光 学元件可以透过可见光和/或红外辐射。电光陶瓷由晶体网络组成，即它们构成了由大量 单个晶体组成的多晶材料。
技术介绍
本专利技术的电光陶瓷是基本上单相的、多晶的和基于氧化物或其他硫族元素化物的 高度透明的材料。电光陶瓷是陶瓷的一个亚类。在本文中，“单相”意味着超过95wt%的材 料、优选至少97wt%、更优选至少99wt%、最优选99. 5到99. 9衬％的材料，以目标组合物 (靶组合物)的晶体形式存在。个体晶体致密排列，具有相对于它们的理论密度至少99%、 优选至少99. 9%、更优选至少99. 99%的密度。因此，电光陶瓷几乎不含孔隙。在成像光学元件中的应用是指本专利技术的电光陶瓷以在光的入口和/或出口位置 处具有弯曲表面的形状使用，即它们优选具有透镜的形状。电光陶瓷与玻璃陶瓷的区别在于，玻璃陶瓷含有仅次于晶体相的高比例的无定形 玻璃相。类似地，电光陶瓷与常规陶瓷之间的区别是电光陶瓷的高的密度，这在常规陶瓷 中不能获得。玻璃陶瓷和常规陶瓷都不具有电光陶瓷的有利性质，例如折射率、阿贝数、相对部 分色散值，尤其是在可见和/或红外光谱范围内的有利的高透光度。本专利技术的电光陶瓷的透明度足以适用于光学应用。优选情况下，电光陶瓷在可见 光谱范围内或红外光谱范围内是透明的。更优选情况下，它们在可见以及红外光谱范围内 是透明的。在本专利技术的上下文中，“在可见光谱范围中的透明性”表示在380nm到800nm之间、 宽度为至少200nm的范围内，例如在400nm到600nm的范围内，在450nm到750nm的范围内 或优选在600到800nm的范围内，在层厚度为2mm时，优选甚至在层厚度为3mm时，特别优 选在层厚度为5mm时，内部透射比高于70%，优选高于80%，更优选高于90%，特别优选高 于 95%。上面给出的内部透射比的百分率涉及使用由相应电光陶瓷构成的材料在理论上 能获得的最大内部透射比。通过测量由同样材料制成的单晶体的内部透射比来确定使用 某种材料理论上能获得的最大内部透射比。因此，内部透射比的百分率可表示在多晶材料 中晶粒边界处的反射和散射损耗，而在相邻大气和材料之间的相边界处的吸收和反射被忽 略。在本专利技术的上下文中，“在红外光谱范围中的透明性”表示在800nm到5000nm之 间、宽度为至少lOOOnm的范围内，例如在lOOOnrn到2000nm的范围内，在1500nm到2500nm的范围内或更优选在3000到4000nm的范围内，在层厚度为2mm时，优选甚至在层厚度为 3mm时，特别优选在层厚度为5mm时，内部透射比高于70%，优选> 80%，更优选> 90%，特 别优选> 95%。理想情况下，在层厚度为3mm时，在5000nm到8000nm之间的超过200nm的波长范 围内，材料的透射(包括反射损耗)超过20%。可以从本文描述的电光陶瓷获得的光学元件特别适合用于成像光学元件，例如具 有降低的色差、特别是具有几乎复消色差的成像性质的物镜。从本专利技术的电光陶瓷制造的 光学元件，可以在透镜系统中与玻璃透镜以及其他陶瓷透镜结合使用，特别也用于数字相 机中，用于显微术、缩微平版印刷术、光数据存储或其他应用领域中。成像光学元件开发中的主要目标是足够的光学质量，同时保持光学系统紧凑以及 优选轻的结构。特别是对于电子装置例如数字相机中的数字图像捕获应用、移动电话中的 物镜等来说，光学成像系统必须非常小而轻。换句话说，成像透镜的总数必须保持尽可能 低。在显微术领域中，对于目镜以及物镜来说，需要接近衍射限制的成像光学元件。对于军事防御部门来说，需要透明光学系统，它优选在可见波长区间(380到 800nm)以及在高达8000nm、理想情况下高达lOOOOnm的红外区间，显示出高的透光度。此 外，这些光学系统必须可以耐受外部攻击，例如机械影响如碰撞，温度、温度的变化、压力寸。对于许多其他技术例如数字投影和其他显示技术来说，需要高度透明的材料。但 是在主要为单色的应用例如光存储技术中，也可以通过使用具有高折射率的材料来实现紧 凑的系统。今天，成像光学元件的开发受限于可用材料的光学参数。使用目前可用的玻璃熔 化和模制技术，只能生产如下具有合格质量的玻璃类型，即，所述玻璃在阿贝图中位于通过 阿贝数=80/折射率=1.7以及阿贝数=10/折射率=2.0的点的线下方。更准确来说， 折射率在约1. 9到约2. 2之间、阿贝数在约30到约40的范围内的玻璃趋于不稳定，使得很 难以相当大的量和足够的质量制造这样的玻璃。类似地，折射率在约1. 8到2. 1之间、阿贝 数在约30到55范围内的玻璃往往是不稳定的。仅次于折射率和阿贝数，在选择光学材料时，相对部分色散也是重要的。如果打算 生产几乎复消色差的光学系统，需要材料具有几乎相等的相对部分色散和大的阿贝数差异 二者的组合。如果将部分色散Pg,F对阿贝数进行作图，大多数玻璃位于线上(“法线”)。需 要阿贝数和相对部分色散的组合偏离法线的材料。折光率nd，阿贝数vd和相对部分色散Pg, F的定义，对于本
的专业人员来 说是已知的，可以通过学习相关技术文献来理解。定义可以例如在“光学玻璃的性质(The properties of optical glass) ；Bach, Hans ；Neuroth, Norbert(Hrsg. ), Berlin(u. a.) Springer, 1995.-《Schott玻璃和玻璃陶瓷丛书科学、技术以及应用》(Schott series on glass andglass ceramics :science,technology,and applications ；1),XVII,410p. -2., corr. Print.，1998，XVII，414S” 中发现。目前，唯一可用的位于上面提到的阿贝图中的线上方的材料是单晶体和多晶材 料。但是，由于培育用坩埚材料非常昂贵，使用已知的晶体培育技术生产单晶体是非常昂贵的，特别是对于高熔点成分来说；此外，这种方法在化学组成方面受到限制。此外，晶体不能 以近净成形或近净格式(near-net-format)的方式生产，导致需要大量的加工后处理。 R2Ti207单晶体可以显示出高的折射率(参见Shcherbakova等，Russ. Chem. Rev. 48，423 (1979))。单晶体的生产，如上所述，是非常昂贵的，使得不可能用于制造较大的 光学元件。K. N. Portnoi 白勺 t $ Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Neorganicheskie Materialy, Vol. 6，No. 1,91 (1970)，没有包含关于多晶材料的折射率的任何数据或线索。在Malkin 等，Phys. Rev. B 70，075112 (2004)中描述的晶体由 Yb2Ti207 制成，可以 通过浮区方法以大的个体获得。标出的厚度是最多1.5mm。尽管可以获得组成范围很广的多晶陶瓷，但它们通常本文档来自技高网...
【技术保护点】
多晶的透明电光陶瓷，其中至少９５ｗｔ％、优选至少９８ｗｔ％的个体晶体具有立方烧绿石或荧石结构，包含具有下列化学计量的化合物：Ａ↓［２］＋↓［ｘ］Ｂ↓［ｙ］Ｄ↓［ｚ］Ｅ↓［７］，其中－１．１５≤ｘ≤０，０≤ｙ≤３，０≤ｚ≤１．６，并且３ｘ＋４ｙ＋５ｚ＝８，而且其中Ａ是至少一个选自稀土金属氧化物的三价阳离子，Ｂ是至少一个四价阳离子，Ｄ是至少一个五价阳离子，Ｅ是至少一个二价阴离子。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：伊冯娜门克，乌尔里希珀什尔特，池末明生，
申请(专利权)人：肖特公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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