DE2755145A1

DE2755145A1 - Ferroelectric optical ceramic material - based on lead lanthanum titanate zirconate, has increased transparency over wide wavelength range

Info

Publication number: DE2755145A1
Application number: DE19772755145
Authority: DE
Inventors: Katharina Dipl Ing Moehring; Hermann Dr Schichl
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1977-12-10
Filing date: 1977-12-10
Publication date: 1979-06-13

Abstract

A ferroelectric optical material based on solid solns. of Pb-La titanate-zirconate has the general formula Pb0.92 La0.08 (Mg1/3Nb2/3)x Zry Tiz O3 (I) where X + y + z = 1. Pref. ranges of x, y and z are x = 0.02-0.6 (0.02-0.05); y = 0.1-0.85 (0.6-0.7); z = 0.1-0.8 (0.3-0.4). The material has increased transparency over a wide wavelength range.

Description

H.Schichl-K.Möhring 3-1H.Schichl-K.Möhring 3-1

Ferroelektrisches optisches keramisches Material Die Erfindung bezieht sich auf ein ferroelektrisches optisches keramisches Material auf der Basis einer festen Lösung von Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat. Ferroelectric Optical Ceramic Material The invention relates to based on a ferroelectric optical ceramic material based on a solid solution of lead-lanthanum-zirconate-titanate.

Ferroelektrisches optisches keramisches Material aus festen Lösungen von Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat sind bereits bekannt. Verschiedene Zusammensetzungen mit solchen Bestandteilen sind beispielsweise beschrieben in der DE-OS 2 061 447 und in der DE-OS 2 625 535.Ferroelectric optical ceramic material made from solid solutions of lead-lanthanum-zirconate-titanate are already known. Different compositions with such constituents are described, for example, in DE-OS 2,061,447 and in DE-OS 2,625,535.

Solches ferroelektrisches optisches keramisches Material wird in der Regel dadurch hergestellt, daß die Ausgangsstoffe in Form von Oxiden oder Carbonaten gemahlen, zur Reaktion gebracht, ein zweites Mal gemahlen und anschließend durch einen isostatischen Preßvorgang zu Körpern gepreßt werden, die einer Sinterung unterworfen werden. Schließlich werde die erhaltenen Körper durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen Elektroden polarisiert, um ihnen die für die Verwendung erforderlichen Eigenschaften zu verleihen. Bei ferroelektrischem optischem keramischem Material ist es besonders wichtig, Inhomogenitäten in den erhaltenen H.Schichl-K.Möhring 3-1 Körpern zu vermeiden. Es dürfen in den erhaltenen Körpern nach Abschluß des herstellungsverfahrens besonders keine Porcn mehr vorhanden sein, welche die optischen Eigenschaften wesentlich beeinträchtigen. Es ist daher erforderlich, besonders dichte Körper zu erhalten.Such ferroelectric optical ceramic material is used in Usually produced in that the starting materials are in the form of oxides or carbonates ground, reacted, ground a second time and then thoroughly an isostatic pressing process are pressed into bodies which are subjected to sintering will. Finally, the bodies obtained are created by applying a direct voltage polarized between electrodes to give them the necessary for use To give properties. With ferroelectric optical ceramic material it is particularly important to obtain inhomogeneities in the H. Schichl-K. Moehring 3-1 bodies to avoid. It may be in the received bodies after the completion of the manufacturing process in particular no porcn be present, which the optical Significantly affect properties. It is therefore necessary to be particularly dense Body.

Dies erzielt man insbesondere durch Heißpressen, wie dies beispielsweise in der DE-OS 2 061 447 beschrieben ist, oder durch eine Sinterung, bei der während des Aufheizens und Anschlie;3ens bis höchstens zur Hälfte der Sinterzeit ein verminderter Druck herrscht, während die restliche Sintern bei l'ormaldruck durchgeführt w.rd (DE-AS 2 311 232).This is achieved in particular by hot pressing, such as this for example is described in DE-OS 2 061 447, or by sintering in which during of heating up and subsequent; 3ens up to a maximum of half the sintering time Pressure prevails, while the rest of the sintering is carried out at normal pressure (DE-AS 2 311 232).

Es ist auch bereits ein ferroelektrisches optisches keramisches Material bekannt, das neben Blei, Lanthan, Zirkon, Titan und Sauerstoff noch weitere Elemente enthält. Aus der DE-OS 2 338 810 ist ein Material der allgemeinen Formel Pb La L(Zr Ti ll) bekannt, bei dem L mindestens ein Element der zweiwertigen oder dreiwertigen Erdalkali-Elemente und seltenen Erdelemente ist und M mindestens ein vierwertiges oder fünfwertiges metallisches Element bedeutet.It is also already a ferroelectric optical ceramic material known that besides lead, lanthanum, zircon, titanium and oxygen there are other elements contains. From DE-OS 2 338 810 a material of the general formula Pb La L (Zr Ti ll) known, in which L at least one element of the bivalent or trivalent Alkaline earth elements and rare earth elements and M is at least a tetravalent or means pentavalent metallic element.

Ferroelektrisches optisches keramisches material auf der Basis von Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat mit einem Bleianteil von 0,92 und einem Lanthananteil von 0,08 ist aus der DE-AS 1 311 232 bekannt.Ferroelectric optical ceramic material based on Lead-lanthanum-zirconate-titanate with a lead content of 0.92 and a lanthanum content of 0.08 is known from DE-AS 1,311,232.

H.Schichl-k'.Mo'hring 3-1 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues ferroelektrisches optisches keramisches Material zu schaffen, das eine erhöhte Transparenz über einen weiten Bereich der Wellenlänge hat.H.Schichl-k'.Mo'hring 3-1 The object of the present invention is to to create a new ferroelectric optical ceramic material that is a has increased transparency over a wide range of wavelengths.

Diese Aufgabe wird durch ein material der allgemeinen Formel Pb0,92La0,08 [(Mg1/3Nb2/3)xZryTiz]03 wobei x+y+z = 1, gelöst.This task is accomplished by a material of the general formula Pb0.92La0.08 [(Mg1 / 3Nb2 / 3) xZryTiz] 03 where x + y + z = 1, solved.

Es sind an sich schon verschiedene Zusammensetzungen von Blei-Magnesium-Niob-Zirkonat-Titanat bekannt, bei denen der Anteil an Magnesium 1/3 und der Anteil an Niob 2/3 beträgt. Solche Zusammcnsetzungen sind beispielsweise beschrieben in der DE-OS 1 541 491, der DE-AS 1 646 675, der DE-AS 1 646 690 und der DE-OS 1 806 082.There are already different compositions of lead-magnesium-niobium-zirconate-titanate known, in which the proportion of magnesium is 1/3 and the proportion of niobium is 2/3. Such compositions are described, for example, in DE-OS 1 541 491, DE-AS 1 646 675, DE-AS 1 646 690 and DE-OS 1 806 082.

Bei allen diesen Zusuiiensetzungen handelt es sich jedoch nicht um ein optisches keramisches Material mit entsprechender Transparenz, sondern um piezoelektrische Keramik, bei der andere als optische Eigenschaften eine Rolle spielen. Diese bekannten Zusammensetzungen enthalten auch nicht Lanthan wie die Zusammensetzung gemäß der Erfindung. Es bestand somit keine Veranlassung dazu, diese bekannten Zusammensetzungen in ganz bestimmtem Verhältnis mit den anderen bekannten Zusammensetzungen auf der Basis von Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat zu kombinieren, um die optischen Eigenschaften des keramischen Materials zu verbessern. Diese Eigenschaften hängen aber wesentlich von der Zusammensetzung des Materials ab, H.Schichl-K.öhring 3-1 wobei nicht nur die Art der vorhandenen chemischen Elemente eine wesentliche Rolle spielt, sondern auch deren molare Anteile.However, all of these additions are not an optical ceramic material with appropriate transparency, but rather piezoelectric Ceramics in which other than optical properties play a role. These well-known Compositions also do not contain lanthanum like the composition according to the Invention. There was therefore no need to use these known compositions in quite a certain proportion with the other known compositions on the Base of lead-lanthanum-zirconate-titanate to combine the optical properties to improve the ceramic material. However, these properties depend to a large extent on the composition of the material, H.Schichl-K.öhring 3-1 not only the type of chemical elements present play an important role plays, but also their molar proportions.

Es hat sich gezeigt, daß das ferroelektrische optische keramische Material gemäß der Erfindung eine wesentlich verbesserte Transparenz über einen weiten Bereich der Wellenlänge hat, insbesondere auch bis in den Infrarotbereich bis zu einer 'Rellenlvnge von 7,5 /um.It has been found that the ferroelectric optical ceramic Material according to the invention has a significantly improved transparency over one has a wide range of wavelengths, in particular also into the infrared range up to a length of 7.5 μm.

Besonders günstige optische Eigenschaften werden erzielt, wenn der molare Anteil von Mg1/3Nb2/3 zwischen 0,02 und 0,60, der molare Anteil des Zirkons zwischen 0,1 und 0,85 und der molare Anteil des Titans zwischen 0,1 und 0,8 Prozent liegen.Particularly favorable optical properties are achieved when the molar proportion of Mg1 / 3Nb2 / 3 between 0.02 and 0.60, the molar proportion of zirconium between 0.1 and 0.85 and the molar proportion of titanium between 0.1 and 0.8 percent lie.

Einen besonders vorteilhaften Verlauf der Transparenz erhält man bei den Werten von x zwischen 0,02 und 0,05, y von 0,6 bis 0,7 und z von 0,3 bis 0,4.A particularly advantageous course of the transparency is obtained at the values of x between 0.02 and 0.05, y from 0.6 to 0.7 and z from 0.3 to 0.4.

In den Figuren sind Transparenzkurven für verschiedene Zusammensetzungen gemäß der Erfindung dargestellt. Dabei ist auf der Abszisse die Wellenlänge Ain /um aufgetragen, auf der Ordinate die Transparenz in Prozent.In the figures are transparency curves for different compositions shown according to the invention. The wavelength Ain is on the abscissa / um plotted, the transparency in percent on the ordinate.

Aus den Figuren ist zu entnehmen, da3 der Verlauf der Transparenz in einem weiten Bereich fast linear ist und einen insgesaint verhältnismäßig hohen Wert hat.From the figures it can be seen that the course of the transparency is almost linear over a wide range and a relatively high one overall Has value.

H.Schichl-K.Möhring 3-1 Die Transparenzkurve von Figur 1 bezieht sich auf eine Zusammensetzung von Pb0,92La0,08[<Mg13Nb213)0>02Zr0,637Ti0, 337] 03.H.Schichl-K.Möhring 3-1 The transparency curve of Figure 1 relates to a composition of Pb 0.92 La 0.08 [<Mg13Nb213) 0> 02Zr0.637Ti0.37] 03

Figur 2 bezieht sich auf eine Zusammensetzung von Pb0,92La0,08[(Mg1/3Nb2/3)0,02Zr0,64Ti0,34]03.Figure 2 refers to a composition of Pb 0.92 La 0.08 [(Mg 1/3 Nb 2/3) 0.02 Zr 0.64 Ti 0.34] 03.

Die Figur 3 bezieht sich auf eine Zusammensetzung von Pb0,92La0,08[<Mg1/3Nb2/3)0,05Zr0,025Ti0,325]03 Figur 4 bezieht sich auf eine Zusammensetzung von Pb0,92La0,08[(Mg1/3Nb2/3)0,026Zr0,642Ti0,322] 03.FIG. 3 relates to a composition of Pb 0.92 La 0.08 [<Mg 1/3 Nb 2/3) 0.05 Zr 0.025 Ti 0.325] 03 Figure 4 relates to a composition of Pb0.92La0.08 [(Mg1 / 3Nb2 / 3) 0.026Zr0.642Ti0.322] 03

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Claims

H.Schichl-K.Möhring 3-1 Claims 1. Ferroelectric optical ceramic material based on a solid solution of lead-lanthanum-zirconate-titanate, g e k e n n n z e i c h n e t d u r c h the general formula Pb0.92La0.08 [(Mg1 / 3Nb2 / 3) ZrTi 03, where x + y + z = 1.

2.) Material according to claim 1, characterized in that x = 0.02 up to 0.60, y = U, 1 to 0.85 and z = 0.1 to 0.8.

3.) Material according to claim 1 and 2> characterized in that x = 0.02 to 0.05, y = 0.6 to 0.7 and z = 0.3 to 0.4.