有色尖晶石电光陶瓷制造技术

记载了一种透明、多晶陶瓷。该陶瓷包含通式为AxCuByDvEzFw微晶，其中：A和C选自由Li+、Na+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Al3+、Ga3+、In3+、C4+、Si4+、Ge4+、Sn2+/4+、Sc3+、Ti4+、Zn2+、Zr4+、Mo6+、Ru4+、Pd2+、Ag2+、Cd2+、Hf4+、W4+/6+、Re4+、Os4+、Ir4+、Pt2+/4+、Hg2+及其混合物组成的组，B和D选自由Li+、Na+、K+、Mg2+、Al3+、Ga3+、In3+、Si4+、Ge4+、Sn4+、Sc3+、Ti4+、Zn2+、Y3+、Zr4+、Nb3+、Ru3+、Rh3+、La3+、Lu3+、Gd3+及其混合物组成的组，E和F主要选自由S、Se和O的二价阴离子及其混合物组成的组。x、u、y、v、z和w满足如下通式：0.125＜(x+u)/(y+v)≤0.55，z+w＝4；并且至少95重量％的微晶表现为对称的、尖晶石型立方晶体结构，条件是当A＝C＝Mg2+且B＝D＝Al3+时，E和F不同时为O，且其中电光陶瓷额外掺杂100ppm至20原子％的至少一种光学活性阳离子，其选自由Ce3+、Sm2+/3+、Eu2+/3+、Nd3+、Er3+、Yb3+、Co2+、Cr2+/3+/6+、V3+/4+、Mn2+、Fe2+/3+、Ni2+和Cu2+组成的组。

【技术实现步骤摘要】

本 专利技术涉及有色电光陶瓷、其应用及其制备方法。本专利技术进一步涉及由该电光陶瓷制成的有源(active)和无源(passive)光学元件，以及包含这种光学元件的激光系统。为本专利技术的目的，术语“电光陶瓷”表示一种具有高透明度的、基本上是单相多晶氧化物基的材料。电光陶瓷相应地理解为陶瓷的一种特定子群。为本专利技术的目的，术语“单相”表示95%以上、优选至少97%、更优选至少99%、尤其优选99. 5-99. 9%的材料以具有目标组成的晶体形式存在。个体微晶紧密堆积，并具有至少99%、优选99. 9%、更优选99. 99%的理论密度值。因此，电光陶瓷实质上是无孔的。
技术介绍
电光陶瓷与常规玻璃陶瓷的不同之处在于，后者不仅包含晶体相，还包含高比例的非晶玻璃相。此外，常规陶瓷并不具备电光陶瓷中的高密度。无论玻璃陶瓷还是常规陶瓷，都不具备电光陶瓷的有利性能，例如特殊的折射率、阿贝数、相对部分色散值，尤其是在可见光波段和/或红外波段有利的高透明度。激光系统发展的一个目的在于提供对环境影响表现出高抵抗性的激光系统，尤其是对机械环境影响，如振动或冲击。单晶材料常常用于激光系统中，特别是作为激光晶体来使用。然而，已知的用于制备单晶的晶体拉制工艺成本很高，并且在化学组成上受到相当的限制。此外，无法将单晶制备成接近于大多数应用的最终形状，这导致最终机械加工的大量额外支出，还有可能会加工掉大量的材料。这也意味着经常需要制备出明显大于最终需要的光学元件的单晶。比如日本公开说明书JP2000-203933公开了用特定烧结工艺制备多晶YAG。此外， 具有光学性能的多晶YAG的制备，例如掺杂诸如Nd的激光活性离子，最近也取得成功。Ji 等(‘‘La2Hf2O7 Ti4+Ceramic scintillator for X -ray imaging ， J. MaterRes. Vol. 20 (3) 567-570 (2005))记载了具有La2Hf2O7组成的透明陶瓷。所述陶瓷用钛掺杂。还记载了另外的掺杂了其它掺杂剂如Eu4+、Tb3+或Ce3+的这类陶瓷，例如Ji等 (〃 Preparation and spectroscopic properties of La2Hf2O7Tb Materials Letters, 59 (8-9),868-871, Apr 2005 禾口 Fabrication and spectroscopic investigation of La2Hf207-based phosphors . High Performance Ceramics III,parts 1 and 2,280-283; 577-579 1:2)。此外，上述作者也记载了上述化合物的未掺杂变体(〃 Fabrication of transparent La2Hf2O7 ceramics from combustion synthesized powders Mat. Res. Bull. 40(3)553-559(2005))。比如在Silva等人的综述性文章(Recent Patents on Material Science2008，1， 56-73)中对光学透明无机陶瓷材料领域专利的更近的发展状况做了总结。该文章记载了包含氧化铝、氮氧化铝、钙钛矿、钇铝石榴石、PLZT陶瓷、Mg-Al尖晶石、氧化钇和REE氧化物的光学透明无机材料。为解决上述问题，某些时候也会考虑任选掺杂的具有MgO-Al2O3组成的尖晶石陶瓷。这种陶瓷的实例被公开，如在如下文件中，即US3536839、US3531308、US4584151、 EP0334760B1、US3974249、W02006/104540A2, US3767745、EP0447390BU US5082739、EP 0332393A1、US4273587、GB2031339、JP04016552 和 W02008/090909。然而，由于所有的这些文件记载的是对相同的基质媒质进行掺杂，因此，这类陶瓷仅能在局限的程度上满足不同的需求。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于提供一种具有高折射率、高阿贝数和/或优异特定相对部分色散、以及低应力诱导双折射率的被掺杂材料，其中特别地，使用常规的玻璃、单晶材料和多晶陶瓷或材料都无法实现这些参数。本专利技术的另外一个目的在于记载一种具有相同参数的材料的制备方法。本专利技术的进一步目的在于提供一种光学元件，其显示出优异的光学性能，同时具有高的耐化学性和机械强度。本专利技术的目的还在于提供一种激光系统，其显示出改良的对环境影响的抗性。惊人地发现，使用具有与组成类型MgAl2O4不同类型的尖晶石结构的材料能使电光陶瓷具有优异的光学性能，尤其是高的折射率、高的阿贝数、以及优异的相对部分色散。 这些材料可以用不同的光学活性离子掺杂，以制备出例如用于激光系统的新材料。此外，这种材料同时在可见光波段和红外波段表现出优异的透明度，并显示出优异的机械、热和化学稳定性。另外，相对于单晶和玻璃而言，在陶瓷中可以实现更高掺杂度，这是因为在陶瓷中不会发生掺杂剂的偏析(如在熔融时)，也就不会发生对材料的激光性能有负面影响的浓度猝灭。因此本专利技术涉及一种包含通式为AxCuByDvEzFw微晶的电光陶瓷，其中A 和 C 选自由 Li+、Na+、Be2+、Mg 2+、Ca2+、Sr 2+、Ba2+、Al3+、Ga3+、In3+、C4+、Si4+、Ge4+、 Sn24+、Sc3+、Ti4+、Zn2+、Zr4+、Mo6+、Ru4+、Pd2+、Ag2+、Cd2+、Hf4+、ff4+/6\ Re4+、Os4+、Ir4+、Pt24+、Hg2+ 及其混合物组成的组，B 和 D 选自由 Li+、Na+、K+、Mg2+、Al3+、Ga3+、In3+、Si4+、Ge4+、Sn4+、Sc3+、Ti4+、Zn2+、Y3+、 Zr4\ Nb3+、Ru3+、Rh3+、La3+、Lu3+、Gd3+ 及其混合物组成的组，E和F主要选自由S、Se和0的二价阴离子及其混合物组成的组，x、u、y、v、z和w满足如下通式0. 125 < (x+u) / (y+v)≤ 0. 55z+w = 4并且至少95重量％的微晶表现为对称的、尖晶石型立方晶体结构，条件是当A = C = Mg2+且B = D = Al3+时，E和F不同时为0，且其中电光陶瓷额外掺杂IOOppm至20原子％的至少一种光学活性阳离子，其选自由 Ce3+、Sm23+、Eu23+、Nd3+、Er3+、Yb3+、Co2+、Cr2+/3+/6\ V34+、Mn2+、Fe23+、Ni2+ 和 Cu2+ 组成的组。本专利技术目的的一种电光陶瓷是一种由晶体复合物组成的陶瓷，其中个体微晶具有尖晶石型的立方结构。根据本专利技术，至少95重量％的微晶、优选多于98%和更优选多于 99%的微晶具有尖晶石型对称立方晶体结构。该立方晶体优选以无缺陷微观结构彼此间非常接近地存在。在本专利技术的陶瓷中，掺杂用阳离子进入尖晶石结构，并取决于大小和化合价，代替阳离子A、B、C或D中的一个或多个。在这里清楚的是，根据加入的掺杂用阳离子的量，并非陶瓷中所有阳离子A、B、C或D均被替代。所有混合的晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种包含通式为ＡｘＣｕＢｙＤｖＥｚＦｗ的微晶的电光陶瓷，其中：Ａ和Ｃ选自由Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｂｅ２＋、Ｍｇ　２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｃ４＋、Ｓｉ４＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ２＋／４＋、Ｓｃ３＋、Ｔｉ４＋、Ｚｎ２＋、Ｚｒ４＋、Ｍｏ６＋、Ｒｕ４＋、Ｐｄ２＋、Ａｇ２＋、Ｃｄ２＋、Ｈｆ４＋、Ｗ４＋／６＋、Ｒｅ４＋、Ｏｓ４＋、Ｉｒ４＋、Ｐｔ２＋／４＋、Ｈｇ２＋及其混合物组成的组，Ｂ和Ｄ选自由Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ２＋、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｓｉ４＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｓｃ３＋、Ｔｉ４＋、Ｚｎ２＋、Ｙ３＋、Ｚｒ４＋、Ｎｂ３＋、Ｒｕ３＋、Ｒｈ３＋、Ｌａ３＋、Ｌｕ３＋、Ｇｄ３＋及其混合物组成的组，Ｅ和Ｆ主要选自由Ｓ、Ｓｅ和Ｏ的二价阴离子及其混合物组成的组，ｘ、ｕ、ｙ、ｖ、ｚ和ｗ满足下式：０．１２５＜（ｘ＋ｕ）／（ｙ＋ｖ）≤０．５５ｚ＋ｗ＝４并且至少９５重量％的微晶表现为对称的、尖晶石型立方晶体结构，条件是当Ａ＝Ｃ＝Ｍｇ２＋且Ｂ＝Ｄ＝Ａｌ３＋时，Ｅ和Ｆ不同时为Ｏ，且其中电光陶瓷额外掺杂１００ｐｐｍ至２０原子％的至少一种光学活性阳离子，所述光学活性阳离子选自由Ｃｅ３＋、Ｓｍ　２＋／３＋、Ｅｕ２＋／３＋、Ｎｄ３＋、Ｅｒ３＋、ｙｂ３＋、Ｃｏ２＋、Ｃｒ２＋／３＋／６＋、Ｖ３＋／４＋、Ｍｎ２＋、Ｆｅ２＋／３＋、Ｎｉ２＋和Ｃｕ２＋组成的组。...

【技术特征摘要】
2009.11.20 DE 102009055984.11.一种包含通式为AxCuByDvEzFw的微晶的电光陶瓷，其中A 和 C 选自由 Li+、Na+、Be2+、Mg 2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Al3+、Ga3+、In3+、C4+、Si4+、Ge4+、Sn24+、 Sc3+、Ti4+、Zn2+、Zr4+、Mo6+、Ru4+、Pd2+、Ag2+、Cd2+、Hf4+、ff4+/6\ Re4+、Os4+、Ir4+、Pt24+、Hg2+ 及其混合物组成的组，B 和 D 选自由 Li+、Na+、K+、Mg2+、Al3+、Ga3+、In3+、Si4+、Ge4+、Sn4+、Sc3+、Ti4+、Zn2+、Y3+、Zr4+、 Nb3+、Ru3+、Rh3+、La3+、Lu3+、Gd3+ 及其混合物组成的组，E和F主要选自由S、Se和O的二价阴离子及其混合物组成的组， χ、U、y、ν、ζ禾口 w满足下式 0. 125 < (x+u) / (y+v) ( 0. 55 ζ+w = 4 并且至少95重量％的微晶表现为对称的、尖晶石型立方晶体结构，条件是当A = C = Mg2+ 且B = D = Al3+时，E和F不同时为0，且其中电光陶瓷额外掺杂IOOppm至20原子％的至少一种光学活性阳离子，所述光学活性阳离子选自由 Ce3+、Sm 2+/3\ Eu23+、Nd3+、Er3+、yb3+、Co2+、Cr2+/3+/6\ V3+/4\ Mn2+、Fe23+、Ni2+ 和Cu2+组成的组。2.根据权利要求1所述的电光陶瓷，其特征在于A和C选自由Li+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、 Al3+、Ga3+、In3+、Ge4+、Sc3+、Zn2+、Zr4+、Cd2+、Hf4+ 及其混合物组成的组，特别是选自由 Mg2+、Ca2+、 Sr2+、Ba2+、Sc3+、Zn2+、Cd2+、Hf4+及其混合物组成的组；并且特别优选选自由Mg2+、Ca2+、Sr2+、 Zn2+及其混合物组成的组。3.根据权利要求1或2所述的电光陶瓷，其特征在于B禾ΠD选自由Li+、Na+、K+、Mg2+、 Al3+、Ga3+、In3+、Sc3+、Zn2+、Y3+、Zr4\ Nb3+、Ru3+、Rh3+、La3+、Gd3+ 及其混合物组成的组，特别是选自由 Mg2+、Al3+、Ga3+、In3+、Sc3+、Zn2+、Y3+、Nb3+、Ru3+、Rh3+、La3+、Gd3+ 及其混合物组成的组，特别优选选自由Al3+、Ga3+、In3+、Y3+、La3+、Gd3+及其混合物组成的组。4.根据权利要求1-3任一项所述的电光陶瓷，其特征在于x、u、y和ν满足如下关系 0. 3 < (x+u) / (y+v) ( 0. 55，特别是0. 4 < (x+u)/(y+v) ( 0. 5，并且特别优选 0. 45 < (x+u) / (y+v) < 0· 5。5.根据权利要求1-4任一项所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊冯娜·门克，彼得·布劳姆，乌尔里希·波伊谢特，冈野吉雄，
申请(专利权)人：肖特股份公司，
类型：发明
国别省市：DE