DE112006002856B4

DE112006002856B4 - Durchscheinende Keramik, Verfahren zum Herstellen derselben und ihre Verwendung als optisches Bauelement und in einem optischen Gerät.

Info

Publication number: DE112006002856B4
Application number: DE112006002856T
Authority: DE
Inventors: Yuji Kintaka
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2006-10-04
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2026-10-05
Also published as: JPWO2007049434A1; TW200720213A; CN101291890B; CN101291890A; US7538056B2; US20080194396A1; TWI321555B; WO2007049434A1; DE112006002856T5

Abstract

Durchscheinende Keramik, die als Hauptbestandteil eine Perowskit-Verbindung mit einer Zusammensetzung umfasst, die durch eine allgemeine Formel: La1-x(Sr1-a-bBaaCab)x)((Al1-cGac)1-y(Ta1-dNbd)y)vOw wiedergegeben wird, wobei 0 < x ≤ 1, 0 < y ≤ 0,6, 0,4 ≤ y/x ≤ 0,6, 0 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 1, 0 ≤ c ≤ 1, 0 ≤ d ≤ 1 und 0,9 ≤ v ≤ 1,1; wobei w eine positive Zahl zum Beibehalten einer elektrischen Neutralität der durchscheinenden Keramik ist wobei die durchscheinende Keramik aus einem polykristallinen Material besteht und ein linearer Transmissionsgrad der durchscheinenden Keramik 20% oder mehr beträgt, wenn eine Probe mit einer Dicke von 0,4 mm unter Verwendung sichtbaren Lichts mit einer Wellenlänge von 633 nm gemessen wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine durchscheinende Keramik, die als Material für optische Bauelemente, zum Beispiel Linsen, geeignet ist, ein Verfahren zum Herstellen derselben sowie deren Verwendung für optische Bauelemente und optische Geräte.
Stand der Technik
Wie in Patentschrift 1 (ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsschrift JP 05-127 078 A ) und Patentschrift 2 (ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsschrift JP 07-244 865 A ) zum Beispiel beschrieben wird, wurden bisher optische Bauelemente, beispielsweise an optischen Geräten wie z. B. optischen Abbildungsgeräten angebrachte Linsen aus Glas, Kunststoff oder Einkristallen wie z. B. Lithiumniobat (LiNbO₃) gefertigt.
Da Glas und Kunststoff einen hohen Lichttransmissionsgrad haben und sich mühelos zu einer gewünschten Form ausbilden lassen, werden sie vorrangig für optische Bauelemente, beispielsweise Linsen, verwendet. Einkristalle wie z. B. LiNbO₃ werden dagegen vorrangig für optische Bauelemente, beispielsweise Lichtwellenleiter, unter Ausnutzung der elektro-optischen Eigenschaften oder Doppelbrechung von Einkristallen verwendet. Optische Geräte, beispielsweise ein optischer Aufnehmer, die solche optische Bauelemente nutzen, müssen weiter miniaturisiert oder dünner ausgelegt werden.
Da die Brechzahlen herkömmlicher Glasarten oder Kunststoffe aber unter 1,9 liegen, sind der Miniaturisierung und Dickenreduzierung der optischen Bauelemente und der optischen Geräte, die Glas und Kunststoffe nutzen, daher Grenzen gesetzt. Da Kunststoffe weiterhin insbesondere nicht nur eine nachteilig geringe Feuchtebeständigkeit aufweisen, sondern auch in manchen Fällen eine Doppelbrechung bewirken, haben Kunststoffe auch das Problem einer Schwierigkeit beim wirksamen Durchlassen und Bündeln auftreffenden Lichts.
Während Einkristalle wie LiNbO₃ dagegen zum Beispiel relativ hohe Brechzahlen von 2,3 haben, erzeugen die Einkristalle auch Doppelbrechung. Daher ist es schwierig, die Einkristalle für optische Bauteile wie Linsen zu verwenden, und somit ist die Verwendung der Einkristalle in nachteiliger Weise beschränkt.
Eine durchscheinende Keramik, die als Hauptbestandteil Perowskit der Art Ba(Mg, Ta)O₃ enthält, wird in Patentschrift 3 (ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsschrift JP 2004/75 512 A ) als Material ohne Doppelbrechung und mit ausgezeichneten optischen Eigenschaften offenbart, d. h. mit linearem Transmissionsgrad und Brechzahl. Ferner wird in Patentschrift 4 (ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsschrift JP 2004/75 516 A ) eine durchscheinende Keramik, die Perowskit der Art Ba(Zn, Ta)O₃ als Hauptbestandteil enthält, offenbart.
Die in der Patentschrift 3 beschriebenen optischen Eigenschaften wie Brechzahlen und Abbe'sche Zahlen der durchscheinenden Keramik können durch Substituieren eines Teils von Mg und/oder Ta mit tetravalentem Sn und/oder Zr geändert werden.
Analog kann die in Patentschrift 4 offenbarte durchscheinende Keramik auch bezüglich Brechzahl und Abbe'scher Zahl geändert werden.
Da die in Patentschrift 3 und Patentschrift 4 beschriebenen durchscheinenden Keramiken aber kleine Abbe'sche Zahlen aufweisen, sind die Anwendungen als optische Bauteile oder optische Geräte beschränkt.
Weiterhin beschreiben die Schrift JP 2003/055 098 A und die Schrift Berkowski et al.: Growth and structure of SrAl_0.5Ta_0.5O₃: LaAlO₃: CaAl_0.5Ta_0.5O₃ solid solutions single crystals; Journal of Crystal Growth 269 (2004), S. 512–517 jeweils Einkristalle. Im Falle der erstgenannten Schrift JP 2003/055098 ist dies ein Gallium-Nitrid-Kristall, der sich durch seine Homogenität auszeichnen soll, während im Fall der zweitgenannten Schrift Berkowski et al. Al- und Ta-haltige Einkristalle mit Perowskit-Struktur beschrieben werden.
Ferner beschreibt die Schrift US 2005/0 043 184 A1 eine Keramik enthaltend LaAlO₃ bzw. (LaSr)(AlTa)O₃, die als Substrat verwendet wird, auf dem dann ein polykristalliner Metalloxidfilm aufgebracht wird, der aus Europium-Oxid bestehen soll.
Ferner beschreibt die Schrift M. Ito et al.: Growth of perovskite-type oxides (RE, Sr)(Al, Ta)O₃ as substrates for GaN epitaxial growth (RE = La, Nd); Journal of Crystal Growth 235 (2002), S. 277–282 gesinterte Pellets, die in einer Ar-Atmosphäre gesintert werden sollen.
Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Die vorliegende Erfindung erfolgte unter Berücksichtigung der oben erwähnten Situation und gibt eine durchscheinende Keramik, die eine große Abbe'sche Zahl aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben an die Hand.
Die vorliegende Erfindung gibt weiterhin die Verwendung einer solchen Keramik für ein optisches Bauteil, das aus der durchscheinenden Keramik besteht, sowie ein optisches Gerät, das das optische Bauteil enthält, an die Hand.
Mittel zum Lösen der Probleme
Die vorgenannten Probleme werden erfindungsgemäß durch eine durchscheinende Keramik gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen durchscheinenden Keramik gemäß Anspruch 3 sowie deren Verwendung für ein optisches Bauelement gemäß Anspruch 5 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine erfindungsgemäße durchscheinende Keramik enthält als Hauptbestandteil eine Perowskit-Verbindung mit einer Zusammensetzung, die durch eine allgemeine Formel (La_1-x(Sr_1-a-bBa_aCa_b)_x)((Al_1-cGa_c)_1-y(Ta_1-dNb_d)_y)_vO_w wiedergegeben wird (wobei 0 < x ≤ 1, 0 < y ≤ 0,6, 0,4 ≤ y/x ≤ 0,6, 0 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 1, 0 ≤ c ≤ 1, 0 ≤ d ≤ 1 und 0,9 ≤ v ≤ 1,1; wobei w eine positive Zahl ist, die so ermittelt wird, dass sie eine elektrische Neutralität der durchscheinenden Keramik wahrt).
Bei der erfindungsgemäßen durchscheinenden Keramik liegt y/x bevorzugt in dem Bereich von 0,45 ≤ y/x ≤ 0,55, v liegt bevorzugt in dem Bereich von 0,95 ≤ v ≤ 1,02 und x liegt bevorzugt in dem Bereich von 0,2 ≤ x ≤ 1.
Der lineare Transmissionsgrad der durchscheinenden Keramik der vorliegenden Erfindung beträgt 20% oder mehr, wenn eine Probe mit einer Dicke von 0,4 mm mit Hilfe sichtbaren Lichts mit einer Wellenlänge von 633 nm (nachstehend wird dies – sofern nicht anders angegeben – einfach als „linearer Transmissionsgrad” bezeichnet).
Die erfindungsgemäße durchscheinende Keramik besteht aus einem polykristallinen Material.
Das Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen durchscheinenden Keramik umfasst die Schritte des Erzeugens eines ungebrannten keramischen Presslings, der aus keramischem Rohpulver besteht und zu einer vorbestimmten Form ausgebildet ist, des Erzeugens einer so genannten Co-firing-Zusammensetzung (Co-firing = gemeinsames Sintern) mit im Wesentlichen der gleichen Zusammensetzung wie das keramische Rohpulver und des Brennens des ungebrannten keramischen Presslings in einer Atmosphäre bei einer Sauerstoffkonzentration von 90 Vol.-% oder mehr, während die Co-firing-Zusammensetzung mit dem ungebrannten keramischen Pressling in Berührung steht.
Bei dem Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen durchscheinenden Keramik ist die Co-firing-Zusammensetzung bevorzugt in einem Pulverzustand, und der Schritt des Brennens wird bevorzugt ausgeführt, während der ungebrannte keramische Pressling in dem Pulver der Co-firing-Zusammensetzung eingebettet ist.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf ein die vorstehend erwähnte durchscheinende Keramik enthaltendes optisches Bauelement und ein das optische Bauelement enthaltendes optisches Gerät angewendet werden.
Vorteile
Da die Brechzahl der durchscheinenden Keramik vorteilhafterweise 2,01 oder mehr beträgt, kann die durchscheinende Keramik genutzt werden, um optische Bauteile wie Linsen zu miniaturisieren. Da weiterhin die Abbe'sche Zahl der erfindungsgemäßen durchscheinenden Keramik 30 oder mehr beträgt, ist die durchscheinende Keramik bei Verwendung als Material für Linsen, insbesondere für Linsen von optischen Abbildungsgeräten, für einen breiten Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts, beispielsweise Kameras und Videokameras, bei der Korrektur von Farbaberration oder sphärischer Aberration brauchbar.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittansicht einer bikonvexen Linse 10 als erstes Beispiel eines optischen Bauelements, das aus einer erfindungsgemäßen durchscheinenden Keramik besteht;
2 ist eine Querschnittansicht einer bikonkaven Linse 11 als zweites Beispiel eines optischen Bauelements, das aus einer erfindungsgemäßen durchscheinenden Keramik besteht;
3 ist eine Querschnittansicht einer Meniskuslinse 12 als drittes Beispiel eines optischen Bauelements, das aus einer erfindungsgemäßen durchscheinenden Keramik besteht;
4 ist eine Querschnittansicht einer Vorrichtung 13 zur Verstellung der optischen Länge als viertes Beispiel eines optischen Bauelements, das aus einer erfindungsgemäßen durchscheinenden Keramik besteht.
5 ist eine Querschnittansicht einer sphärischen Linse 14 als fünftes Beispiel eines optischen Bauelements, das aus einer erfindungsgemäßen durchscheinenden Keramik besteht.
6 ist eine schematische Vorderansicht, die einen optischen Aufnehmer 9 als Beispiel eines optischen Geräts zeigt, das mit einem optischen Bauelement aus einer erfindungsgemäßen durchscheinenden Keramik versehen ist; und
7 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Gauss'sche Linsenoptik 20 als Beispiel eines optischen Geräts mit einem optischen Bauteil, das aus einer erfindungsgemäßen durchscheinenden Keramik besteht, zeigt.
Bezugszeichenliste

1: Aufzeichnungsmedium
2: Objektivlinse
3: halbdurchlässiger Spiegel
4: Kollimatorlinse
5: Halbleiterlaser
6: Kondensorlinse
7: Licht aufnehmendes Element
8: Laserstrahl
9: optischer Aufnehmer
10: bikonvexe Linse
11: bikonkave Linse
12: Meniskuslinse
13: Vorrichtung zur Verstellung der optischen Länge
14: sphärische Linse
20: Gauss'sche Linsenoptik
21 bis 27: Linse

Beste Methoden zur Durchführung der Erfindung
Eine erfindungsgemäße durchscheinende Keramik weist einen Perowskit-Aufbau auf, der durch ABO₃ dargestellt wird, und ein Molverhältnis zwischen einem A-Stellenelement, einem B-Stellenelement und Sauerstoff beträgt etwa 1:1:3. Im Einzelnen ist die durchscheinende Keramik eine Perowskit-Verbindung des Typs LaAlO₃, die nach Bedarf durch eine Perowskit-Verbindung der Art (Sr, Ba, Ca)((Al, Ga)(Ta, Nb))O₃ substituiert wird. Die Perowskit-Verbindung der Art (Sr, Ba, Ca)((Al, Ga)(Ta, Nb))O₃ ist eine komplexe Perowskit-Verbindung mit einem Molverhältnis von (Al, Ga) zu (Ta, Nb) von etwa 1:1.
Eine Zusammensetzungsformel der erfindungsgemäßen durchscheinenden Keramik ist (La_1-x(Sr_1-a-bBa_aCa_b)_x)((Al_1-cGa_c)_1-y(Ta_1-dNb_d)_y)_vO_w (wobei 0 < x ≤ 1, 0 < y ≤ 0,6, 0,4 ≤ y/x ≤ 0,6, 0 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 1, 0 ≤ c ≤ 1, 0 ≤ d ≤ 1 und 0,9 ≤ v ≤ 1,1; wobei w eine positive Zahl zum Beibehalten einer elektrischen Neutralität der durchscheinenden Keramik ist). La, Sr, Ba und Ca befinden sich vorrangig an A-Stellen der Perowskit-Struktur, und Al, Ga, Ta und Nb befinden sich vorrangig an B-Stellen der Perowskit-Struktur. Zu beachten ist, dass diese Elemente in kleinen Mengen außerhalb eines Kristalls oder an einer anderen Stelle angeordnet sein können, solange die Aufgabe der vorliegenden Erfindung erfüllt wird.
Weiterhin stellt x eine Substitutionsmenge an den A-Stellen dar, und y stellt eine Substitutionsmenge an den B-Stellen dar. Um die elektrische Neutralität der Perowskit-Struktur beizubehalten, muss der Wert von y/x bei etwa 0,5 liegen. Wenn der Wert von y/x außerhalb des Bereichs von 0,4 ≤ y/x ≤ 0,6 liegt, liegt der lineare Transmissionsgrad unter 20%, was nicht bevorzugt ist.
Analog muss der Wert v bei etwa 1 liegen, um die Perowskit-Struktur zu wahren. Wenn der Wert v außerhalb des Bereichs von 0,9 ≤ v ≤ 1,1 liegt, liegt der lineare Transmissionsgrad unter 20%, was nicht bevorzugt ist.
Wenn noch einschränkender der Wert y/x innerhalb eines Bereichs von 0,45 ≤ y/x ≤ 0,55 liegt, liegt der Wert v innerhalb eines Bereichs von 0,95 ≤ v ≤ 1,02, und wenn ferner der Wert x innerhalb eines Bereichs von 0,2 ≤ x ≤ 1 liegt, beträgt der lineare Transmissionsgrad 50% oder mehr, was bevorzugt ist.
Solange ferner die erfindungsgemäße Aufgabe erfüllt wird, kann die erfindungsgemäße durchscheinende Keramik Verunreinigungen aufweisen, die während eines Herstellungsprozesses unvermeidlicherweise eingemischt werden können. Beispiele für die Verunreinigungen, die in einem Oxid oder Carbonat enthalten sind, das als Rohmaterial verwendet wird oder während eines Fertigungsprozesses gemischt wird, umfassen Fe₂O₃, B₂O₃, WO₃, Bi₂O₃, Sb₂O₅, P₂O₅, CuO und Seltenerdoxide wie Y₂O₃.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen durchscheinenden Keramik beschrieben.
Um die durchscheinende Keramik herzustellen, wird ein ungebrannter keramischer Pressling, der aus keramischen Rohpulver besteht und zu einer vorbestimmten Form ausgebildet wird, erzeugt und gleichzeitig wird eine Co-firing-Zusammensetzung hergestellt, die im Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie das keramische Rohmaterialpulver aufweist. Anschließend wird der ungebrannte keramische Pressling in einer Atmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration von 90 Vol.-% oder mehr gebrannt, während sich die Co-firing-Zusammensetzung in Berührung mit dem ungebrannten keramischen Pressling befindet.
Die in dem vorstehend erwähnten Herstellungsverfahren verwendete Co-firing-Zusammensetzung besteht zum Beispiel aus Pulver, das durch Mahlen eines kalzinierten Rohmaterials erhalten wird, das so erzeugt wurde, dass es die gleiche Zusammensetzung wie der keramische Pressling aufweist. Durch Verwenden der Co-firing-Zusammensetzung kann die Verdampfung eines flüchtigen Bestandteils, der in dem keramischen Pressling enthalten ist, während des Schritts des Brennens unterbunden werden. Daher wird das Brennen bei diesem Brennschritt bevorzugt unter einer Bedingung ausgeführt, in der der ungebrannte keramische Pressling in dem Pulver der Co-firing-Zusammensetzung eingebettet ist. Zu beachten ist, dass die Co-firing-Zusammensetzung nicht auf ein Pulver beschränkt ist und ein Pressling oder ein gesinterter Körper sein kann.
Auch wenn die Co-firing-Zusammensetzung bevorzugt die gleiche Zusammensetzung wie das für den keramischen Pressling verwendete keramische Rohpulver aufweist, kann die Co-firing-Zusammensetzung im Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie das keramische Rohmaterialpulver aufweisen. Der Satz „die Co-firing-Zusammensetzung hat im Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie das für den ungebrannten keramischen Pressling verwendete keramische Rohpulver” bedeutet, dass die Co-firing-Zusammensetzung ein entsprechendes Zusammensetzungssystem aufweist, das aus den gleichen Bestandteilen wie das keramische Rohmaterialpulver besteht, die Co-firing-Zusammensetzung aber nicht das exakt gleiche Zusammensetzungsverhältnis wie das keramische Rohpulver haben muss. Weiterhin muss die Co-firing-Zusammensetzung nicht unbedingt eine Zusammensetzung haben, die Lichtdurchscheinbarkeit verleiht.
Zu beachten ist, dass der Druck beim Schritt des Brennens gleich dem Atmosphärendruck oder darunter sein kann. D. h. eine Druckbeaufschlagung, wie ein isostatisches Heisspressen (HIP) oder dergleichen, ist nicht notwendig.
Die erfindungsgemäße durchscheinende Keramik kann ferner für optische Bauteile, wie z. B. Linsen, verwendet werden. Beispiele für solche Linsen umfassen eine bikonvexe Linse 10, eine bikonkave Linse 11, eine Meniskuslinse 12, eine Vorrichtung 13 zur Verstellung der optischen Länge und eine sphärische Linse 14, die in 1 bis 5 gezeigt werden.
Ein optisches Gerät, an dem ein solches optisches Bauelement angebracht ist, wird hier unter Bezug auf einen optischen Aufnehmer beispielhaft beschrieben.
Wie in 6 gezeigt strahlt ein optischer Aufnehmer 9 einen Laserstrahl 8, der kohärent ist, auf ein Aufzeichnungsmedium 1, beispielsweise eine Compact Disk und eine Mini Disk, und reproduziert die auf dem Aufzeichnungsmedium 1 aufgezeichneten Informationen mit Hilfe de reflektierten Lichts.
Ein solcher optischer Aufnehmer 9 weist einen Halbleiterlaser 5, der als Lichtquelle dient, eine Kollimatorlinse 4 zum Umwandeln des Laserstrahls 8 in paralleles Licht und einen halbdurchlässigen Spiegel 3, der an dem optischen Weg des parallelen Lichts angeordnet, auf. Der halbdurchlässige Spiegel 3 lässt einfallendes Licht von der Kollimatorlinse 4 durch, damit das Licht sich weiter gerade fortbewegen kann, und ändert durch Reflexion die Bewegungsrichtung des von dem Aufzeichnungsmedium 1 kommenden reflektierten Lichts um etwa 90 Grad.
Der optische Aufnehmer 9 weist weiterhin eine Objektivlinse 2 auf, die zum Bündeln des von dem halbdurchlässigen Spiegel 3 kommenden Lichts auf eine Fläche einer Aufzeichnungsseite des Aufzeichnungsmediums 1 vorgesehen ist. Die Objektivlinse 2 ist auch vorgesehen, um das von dem Aufzeichnungsmedium 1 reflektierte Licht effizient zu dem halbdurchlässigen Spiegel 3 zu übertragen. Wenn das reflektierte Licht auf den halbdurchlässigen Spiegel 3 auftrifft, wird die Bewegungsrichtung des reflektierten Lichts geändert, da die Phase des auftreffenden Lichts durch Reflexion geändert wird.
Der optische Aufnehmer 9 weist weiterhin einen Kondensorlinse 6 für das Bündeln des reflektierten Lichts auf, dessen Bewegungsrichtung geändert wurde. Ein Licht aufnehmendes Element 7 ist an einer Bündelungsposition des reflektierten Lichts angeordnet, um aus dem reflektierten Licht erhaltene Informationen zu reproduzieren.
Bei dem optischen Aufnehmer 9 mit einem solchen Aufbau kann die erfindungsgemäße durchscheinende Keramik aufgrund des hohen linearen Transmissionsgrads und des hohen F-Werts desselben vorteilhaft als Material für zum Beispiel die Objektivlinse 2, den halbdurchlässigen Spiegel 3, die Kollimatorlinse 4 und die Kondensorlinse 6 verwendet werden.
Weiterhin wird als anderes Beispiel für die optischen Geräte eine Optik für eine Spiegelreflexkamera beschrieben.
Wie in 7 gezeigt, weist eine Gauss'sche Linsenoptik 20, die bei Spiegelreflexkameras weit verbreitet als Optik verwendet wird, sieben Linsen von Linse 21 bis Linse 27 auf. Wenn die erfindungsgemäße durchscheinende Keramik mit einer großen Abbe'schen Zahl für die Linsen 22 und 25 verwendet wird, die so angeordnet sind, dass sie eine Blende 28 dazwischen halten, kann insbesondere eine Korrektur der Farbaberration präzis durchgeführt werden.
Als Nächstes wird die erfindungsgemäße durchscheinende Keramik auf der Grundlage experimenteller Beispiele beschrieben.
Experimentelles Beispiel 1
Als Rohmaterialien wurden hochreine Pulver von La(OH)₃, BaCO₃, SrCO₃, CaCO₃, Al₂O₃, Ta₂O₅ und Nb₂O₅ hergestellt. Um die in den Tabellen 1 und 2 gezeigten Proben zu erhalten, die durch eine allgemeine Formel (La_1-x(Sr_1-a-bBa_aCa_b)_x)((Al_1-cGa_c)_1-y(Ta_1-dNb_d)_y)_vO_w (wobei w eine positive Zahl ist, die zum Beibehalten einer elektrischen Neutralität der durchscheinenden Keramik bestimmt wird) wiedergegeben sind, wurden die Rohpulver gewogen und 20 Stunden lang in einer Kugelmühle nass aufbereitet. Das sich ergebende Gemisch wurde getrocknet und dann 3 Stunden lang bei 1300°C kalziniert, um kalziniertes Pulver zu bilden. Der nach dem Kalzinieren gemessene Wert w betrug etwa 3. Tabelle 1
Tabelle 2
Als Nächstes wurde das vorstehend erwähnte kalzinierte Pulver zusammen mit Wasser und einem organischen Bindemittel in eine Kugelmühle gegeben. Das sich ergebende Gemisch wurde 16 Stunden lang nasspulverisiert. Als organisches Bindemittel wurde Ethylcellulose verwendet.
Als Nächstes wurde das gemahlene Material getrocknet und dann durch Sieben durch ein Sieb mit der Siebnummer 50 granuliert. Durch Pressformen des erhaltenen Pulvers bei einem Druck von 196 MPa wurde ein ungebrannter keramischer Pressling, der zu einer Scheibe mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Dicke von 2 mm ausgebildet war, erhalten.
Als Nächstes wurde der ungebrannte keramische Pressling in einem Pulver mit der gleichen Zusammensetzung wie das keramische Rohpulver, das den ungebrannten keramischen Pressling bildete, eingebettet. Der eingebettete ungebrannte keramische Pressling wurde in einen Brennofen gegeben und in Luft erhitzt, so dass das Bindemittel entfernt wurde. Dann wurde dem Ofen Sauerstoffgas zugeführt, während die Temperatur des Ofens ständig angehoben wurde. Als die Temperatur den maximalen Bereich von 1.600 bis 1.700°C erreichte, wurde die Sauerstoffkonzentration in der Brennatmosphäre auf etwa 98 Vol.-% angehoben. Die optimale Temperatur der Höchsttemperatur wurde gemäß der Zusammensetzung des Materials entsprechend bestimmt. Bei Probe 8 betrug die Höchsttemperatur zum Beispiel 1.675°C. Die Brenntemperatur und die Sauerstoffkonzentration wurden beibehalten, und der ungebrannte keramische Pressling wurde 20 Stunden lang gebrannt, um einen gesinterten Körper zu erzeugen. Der Gesamtdruck während des Brennens betrug hier 1 atm.
Der durch einen solchen Prozess erhaltene gesinterte Körper wurde hochglanzpoliert und zu einer Scheibe mit einer Dicke von 0,4 mm geformt, um eine Probe der durchscheinenden Keramik zu erzeugen.
Jede vorstehend erwähnte Probe wurde bezüglich des linearen Transmissionsgrads und der Brechzahl in dem Bereich sichtbaren Lichts gemessen, im Einzelnen bei einer Wellenlänge λ von 633 nm. Bei der Messung des linearen Transmissionsgrads wurde ein Spektrophotometer (Shimadzu Corporation, UV-2500) verwendet und bei der Messung der Brechzahlen wurde ein Prismenkoppler (Metricon, MODEL2010) verwendet.
Weiterhin wurden Brechzahlen mit Hilfe des Prismenkopplers bei Wellenlängen von 405 nm, 532 nm und 830 nm gemessen. Dann wurden mit Hilfe der Werte der Brechzahlen, die bei den drei Wellenlängen gemessen wurden, die Konstanten A, B und C in Formel 1, die ein Ausdruck der Beziehung zwischen Wellenlänge und Brechzahl ist, berechnet, um eine Beziehung zwischen Wellenlänge und Brechzahl zu ermitteln. n = A/λ⁴ + B/λ² + C Formel 1 (n ist eine Brechzahl; λ ist eine Wellenlänge; und A, B und C sind Konstanten).
Durch Verwenden der Formel wurden Brechzahlen an den drei Wellenlängen F-Linie, 486,13 nm; d-Linie, 587,56 nm; und C-Linie, 656,27 nm), die für die Berechnung der Abbe'schen Zahlen (νd) erforderlich sind, ermittelt, und dann wurden die Abbe'schen Zahlen gemäß der Definitionsformel der Abbe'schen Zahl, Formel 2, berechnet. ν_d = (n_d – 1)/(n_F – n_C) Formula 2 (n_d, n_F und n_C sind Brechzahlen, die mit der d-Linie, F-Linie bzw. C-Linie gemessen wurden)
Die Messergebnisse des linearen Transmissionsgrads, der Brechzahlen und der Abbe'schen Zahlen, die durch das vorstehend erwähnte Verfahren erhalten wurden, werden in Tabelle 3 und Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 3
Tabelle 4
Nach den in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigten erfindungsgemäßen Proben, d. h. Proben 1 bis 21, 24 bis 39, 41 bis 56, 58 bis 74 und 76 bis 85, von denen jede wie in Tabelle 3 und Tabelle 4 gezeigt die Bedingungen: 0 < x ≤ 1, 0 < y ≤ 0,6, 0,4 ≤ y/x ≤ 0,6, 0 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 1, 0 ≤ c ≤ 1, 0 ≤ d ≤ 1 und 0,9 ≤ v ≤ 1,1 erfüllt, liegen die Brechzahlen n_d bei 2,01 oder mehr, die Abbe'schen Zahlen ν_d bei 30 oder mehr und die linearen Transmissionsgrade liegen bei 20% oder mehr.
Da insbesondere jede der Proben 4 bis 19, 26 bis 39, 44 bis 54, 58 bis 71 und 80 bis 84 weiterhin die Bedingungen 0,2 ≤ x ≤ 1, 0,45 ≤ y/x ≤ 0,55, 0,95 ≤ v ≤ 1,02, 0 ≤ a ≤ 0,1, 0 ≤ b ≤ 0,1 und 0 ≤ c ≤ 0,5 erfüllt, liegt der lineare Transmissionsgrad bei 50% oder mehr.
Da dagegen die Werte von y/x der Proben 22, 23, 40, 57 und 75 außerhalb des Bereichs von 0,4 bis 0,6 liegen oder die Werte v derselben außerhalb des Bereichs von 0,9 bis 1,1 liegen, liegen die linearen Transmissionsgrade derselben unter 20%.
Experimentelles Beispiel 2
Als Nächstes wurde die in Tabelle 1 gezeigte Probe 8 bezüglich der Brechzahl n_d in der TE-Mode und in der TM-Mode bei einer Wellenlänge λ von 587,562 nm (d-Linie) gemessen. Demzufolge wurde festgestellt, dass keine Doppelbrechung auftrat, da beide Brechzahlen 2,043 betrugen.
Wie vorstehend erwähnt wurde die vorliegende Erfindung spezifisch unter Bezug auf die experimentellen Beispiele beschrieben. Erfindungsgemäße Ausführungen sind aber nicht auf die vorstehend erwähnten experimentellen Beispiele beschränkt. Zum Beispiel sind die Rohmaterialien nicht auf Oxide, Carbonate oder Hydride beschränkt, und es kann jedes Rohmaterial verwendet werden, sofern der aus dem Rohmaterial bestehende gesinterte Körper gewünschte Eigenschaften aufweist. Bezüglich der Brennatmosphäre war die Sauerstoffkonzentration von in etwa 98 Vol.-% bei den vorstehend erwähnten experimentellen Beispielen unter den Bedingung der in den Experimenten verwendeten Geräte der optimale Wert. Daher ist die Sauerstoffkonzentration nicht auf etwa 98 Vol.-% beschränkt, und es wurde festgestellt, dass bei einer Sauerstoffkonzentration von 90 Vol.-% oder mehr ein gesinterter Körper mit den gewünschten Eigenschaften erhalten werden kann.

Claims

Durchscheinende Keramik, die als Hauptbestandteil eine Perowskit-Verbindung mit einer Zusammensetzung umfasst, die durch eine allgemeine Formel: La_1-x(Sr_1-a-bBa_aCa_b)_x)((Al_1-cGa_c)_1-y(Ta_1-dNb_d)_y)_vO_w wiedergegeben wird, wobei 0 < x ≤ 1, 0 < y ≤ 0,6, 0,4 ≤ y/x ≤ 0,6, 0 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 1, 0 ≤ c ≤ 1, 0 ≤ d ≤ 1 und 0,9 ≤ v ≤ 1,1; wobei w eine positive Zahl zum Beibehalten einer elektrischen Neutralität der durchscheinenden Keramik ist wobei die durchscheinende Keramik aus einem polykristallinen Material besteht und ein linearer Transmissionsgrad der durchscheinenden Keramik 20% oder mehr beträgt, wenn eine Probe mit einer Dicke von 0,4 mm unter Verwendung sichtbaren Lichts mit einer Wellenlänge von 633 nm gemessen wird.
Durchscheinende Keramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass y/x innerhalb eines Bereichs von 0,45 ≤ y/x ≤ 0,55 liegt, v innerhalb eines Bereichs von 0,95 ≤ v ≤ 1,02 liegt und x innerhalb eines Bereichs von 0,2 ≤ x ≤ 1 liegt.
Verfahren zum Herstellen der durchscheinenden Keramik nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erzeugen eines ungebrannten keramischen Presslings, der aus keramischem Rohpulver besteht und zu einer vorbestimmten Form ausgebildet ist; Erzeugen einer Co-firing-Zusammensetzung mit im Wesentlichen der gleichen Zusammensetzung wie das keramische Rohpulver; und Brennen des ungebrannten keramischen Presslings in einer Atmosphäre bei einer Sauerstoffkonzentration von 90 Vol.-% oder höher, wobei die Co-firing-Zusammensetzung mit dem ungebrannten keramischen Pressling in Berührung steht.
Verfahren zum Herstellen der durchscheinenden Keramik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Co-firing-Zusammensetzung sich in einem Pulverzustand befindet und der Schritt des Brennens ausgeführt wird, während der ungebrannte keramische Pressling in dem Pulver der Co-firing-Zusammensetzung eingebettet ist.
Verwendung der durchscheinenden Keramik nach Anspruch 1 oder 2 für ein optisches Bauelement.
Verwendung nach Anspruch 5, wobei das optische Bauelement in einem optischen Gerät verwendet wird.