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的微晶，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：0.125＜(x+u)/(y+v)≤0.55；和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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电光陶瓷、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反射、衍射或透射光学元件，以及包含这种光学元件的光学成像系统。为了本专利技术的目的，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。为了本专利技术的目的，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/或红外波段的有利的高透明度。成像光学器件发展的一个主要目标在于在紧凑和很轻结构的光学系统中实现令人满意的光学质量。特别是对于电子设备中的数字成像记录的应用，例如数码相机的透镜或移动电话中的摄像头等等，成像光学器件必须很小很轻。换句话说，成像透镜的元件的总数应保持最小化。这需要具有高折射率和/或很低色散性的透明材料，以使设计出具有大致复消色差的成像行为的很紧凑的成像光学器件成为可能。在显微镜中，目镜和物镜都需要实质上衍射受限的成像光学器件。对于夜视设备、IR透镜和IR谱系统而言，需要透明光学器件具有在可见光波段 (380至800nm)和近红外至高达7000nm、优选高达IOOOOnm的远红外波段范围内都具有高的透射。此外，这些光学器件还必须对外部影响具有特别的抵抗性，例如对机械应力、振动、 温度变化、压力变化、以及如果合适的话，对腐蚀性化学品具有特别的抵抗性。上述材料也可用于其它技术，例如一般的数字投影或显示技术，还可用于以单色为主的应用，如光学储存技术，例如，其中的紧凑系统是借助于具有高折射率的材料实现的。由于其对高温和腐蚀性化学品的稳定性，电光陶瓷还适用于制备高温应用下的窗口，如高温炉的观察窗和碱金属蒸气灯的封装材料。目前，成像光学器件的发展受限于可获得材料的光学参数。可用的玻璃熔化和玻璃成型技术只能制备出如下类型的高性能玻璃在折射率相对于阿贝数画出的阿贝数图中，该玻璃在大约由阿贝数=80/折射率=1.7的点和阿贝数=10/折射率=2.0的点连成的线的下方。这样的阿贝数图通过图1中的实例示出，其中上述假想线用虚线表示。更具体地，折射率在约1. 9至约2. 2范围、阿贝数在30至40范围的玻璃趋于不稳定，这使得以相对大量和令人满意性能制备这种玻璃非常困难。同样地，折射率在约1. 8至约2. 1范围、阿贝数在35至55范围的玻璃也趋于不稳定。原则上，折射率nD(在587.6nm波长的折射率)、阿贝数At^P相对部分色散(如 P,F)的定义是本领域技术人员已知的。这些术语更具体的描述可以在技术文献中找到。为了本专利技术目的，这些术语按照如下文章中的定义使用“光学玻璃的性质(The properties of optical glass) ；Bach, Hans ；Neuroth, Norbert(编辑)，Berlin (inter alia) Springer，1995 ；或Scott著《玻璃和玻璃陶瓷丛书科学、技术以及应用》(Series on glass andglass ceramics :science, technology, and applications) ；1, XVII,410 页，第二次校正印刷，1998，XVII，414 页。为了本专利技术目的，可见光或红外辐射的透明度为纯透射。除透明度、折射率和阿贝数方面的要求外，相对部分色散在光学媒质的选择中起很大作用。为制备实质上复消色差的光学器件，需要具有实质相同的相对部分色散、而阿贝数差异很大的材料的组合。当相对部分色散Pg.F相对于阿贝数做图时，大多数玻璃位于线上(“正常线(normal line)”)。这样的图通过图2中的实例示出。因此，为制备复消色差器件，需要阿贝数和相对部分色散的组合偏离此行为的材料。目前，唯一可用的位于上面提到的图1所示阿贝图中的假想线上方的材料是单晶或多晶材料。然而，已知的用于制备单晶的晶体拉制工艺成本很高，并且在化学组成方面受到相当的限制。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。尽管多晶陶瓷可以在较宽组成范围制备，但是它们常常具有无法令人满意的光学性能，特别是折射率和透明度的均勻性。目前已知的制备中，只有少量组成范围和结构类型的透明陶瓷才具备令人满意的光学性能。因而至今，多晶陶瓷在光学应用中只有局限的用途。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。此夕卜， 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。US6908872公开了一种必须含有氧化钡作为必要组分的半透明陶瓷。该陶瓷具有钙钛矿结构和顺电相。然而，含有这种具有钙钛矿结构的含钡相的陶瓷具有的光学成像质量通常不令人满意。这是由许多钙钛矿形成扭曲铁电晶体结构和因此失去其光学各相同性的趋势导致的。这导致组成陶瓷的晶体具有不受欢迎的双折射。此外，已经发现陶瓷在蓝光区域(约380nm)内的传送也是令人不满意的。Ji 等(‘‘La2Hf2O7 Ti4+Ceramic scintillator for X -ray imaging ， J. MaterRfes. 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 andspectroscopic investigation of La2Hf207-based phosphors . High PerformanceCeramics III，parts 1 and 2,280-283 ； 577-5791 2) ο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)) ο5上述出版物均没有记载将该材料用于透镜材料；只报道了用于CT设备中的检测器。尽管该化合物显示出的光学性能应用于预期的CT设备中的检测器时是令人满意的，但其用于通过光学系统的精细成像时则无法令人满意。进一步地，与本申请具有相同申请人的EP1992599A1公本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．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＋、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。

【技术特征摘要】
2009.11.20 DE 102009055987.61.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+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Al3+、Ga3+、In3+、C4+、Si4+、Ge4+、Sn2+/4\ 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， 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。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\Ga3Mn3+,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，并且特别优选选自由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任一项所述的电光陶瓷，其特征在于所述微晶具有下列等式适用的化学计量比组成x+u = 1, y+v = 2， ζ+w = 4，并且 2x+2u+3y+3v ...

【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