DE2904621B2

DE2904621B2 - Elektrooptisches, keramisches Material

Info

Publication number: DE2904621B2
Application number: DE19792904621
Authority: DE
Inventors: Masaru Ikedo; Osamu Yamamoto; Yoshitake Yasuno
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-02-08
Filing date: 1979-02-07
Publication date: 1980-06-19
Also published as: GB2023567B; DE2904621A1; GB2023567A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein lichtdurchlässiges, elektrooptisches, ferroelektrisches keramisches Material.

Der elektrooplische Effekt wird nachstehend in allgemeiner Form beschrieben:

Wenn ein elektrisches Feld an ein lichtdurchlässiges Medium angelegt wird, so kann der Brechungsindex π des Mediums durch die folgende Gleichung näherungsweise berechnet werden:

worin E die Stärke des elektrischen Feldes ist. Auf der rechten Seite der Gleichung stellt das erste Glied den linearen elektrooptischen Effekt (Pockels-Effekt) dar, während das zweite Glied den quadratischen elektrooptischen Effekt darstellt.

Die praktischen Anwendungen des elektrooptischen Effekts werden hauptsächlich in zwei Gruppen eingeteilt. In der einen Gruppe wird die Doppelbrechung elektrisch reguliert, während in der anderen Gruppe die Lichtstreuung elektrisch reguliert wird.

Zur Zeit befindet sich eine Vielzahl von Anwendungen des elektrooptischen Effekts in der Entwicklung, wobei meistens lichtdurchlässige, ferroeiektrische keramische Substanzen eingesetzt werden. Einige Beispiele dafür sind elektrooptische Ventile, elektrooptische Verschlüsse bzw. Kerr-Zellen-Verschlüsse, elektrooptische Speicher, Bildspeicherungsvorrichtungen, Anzeige· bzw. Bildgeräte und Polarisatoren bzw. Polarisationsfilter,

Ein elektrooptisches Ventil als typisches Beispiel für Vorrichtungen, bei denen die elektrische Regulierung der Doppelbrechung angewandt wird, ist aufgebaut und funktioniert wie nachstehend beschrieben wird.

Ein Hauptbauelement dieser Vorrichtung ist eine Platte aus einer lichtdurchlässigen, ferroelektrischen keramischen Substanz (nachstehend als Keramikplatte bezeichnet), auf deren einer Seite zwei Elektroden in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Vor der Keramikplatte ist ein Polarisator bzw.

Polarisationsfilter für die lineare Polarisation angeordnet, und ein anderer Polarisator bzw. ein anderes Polarisationsfilter für die lineare Polarisation ist in der Weise hinter der Keramikplatte angebracht, daß seine Polarisationsachse mit der Polarisationsachse des auf

to der Vorderseite befindlichen Polarisators bzw. Polarisationsfilters einen Winkel von 90° bildet (Anordnung von gekreuzten Nicols). Die Elektroden sind so angeordnet, daß die Richtung eines elektrischen Feldes, das durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden auf der Oberfläche der Keramikplatte erzeugt wird, mit den Polarisationsebenen einen Winkel von 45° bildet Wenn an die Elektroden eine vorbestimmte Spannung angelegt wird, während polarisiertes Licht durch die Keramikplatte hindurchgeht, so variiert die Intensität des aus der Vorrichtung austretenden Lichts infolge einer durch das elektrische Feld hervorgerufenen Phasenverschiebung gemäß Gleichung (2):

/— =

worin /_aus und I_an die Intensität des austretenden bzw. des einfallenden Lichts bedeuten, während Γ der Gangunterschied £zw. die Phasenverschiebung in der Keramikplatte und Λ die Wellenlänge ist Die Intensität Um des austretenden Lichts erreicht Minimalwerte, wenn der Gangunterschied bzw. die Phasenverschiebung ein ganzzaMiges Vielfaches von λ ist, d. h. wenn Γ = ηλ, und sie erreicht Maximalwerte, wenn

j5 Diese Vorrichtung kann daher als elektrooptisches Ventil betrieben werden, indem man die Polarisationsbedingung so reguliert daß Γ innerhalb eines Bereichs von einem Wert, der λ/2 entspricht, bis zu einem anderen Wert, der λ entspricht, variiert Die gleiche Vorrichtung kann als elektrooptischen Verschluß betrieben werden, indem man 1' abwechselnd zwei Werte annehmen läßt, die λ/2 bzw. 4 entsprechen.

In den Fällen, bei denen der Lichtstreuungseffekt angewandt wird, werden auf beiden Seiten einer Platte aus einer lichtdurchlässigen, ferroelektrischen keramischen Substanz lichtdurchlässige Elektroden angebracht, und an die Elektroden wird eine konstante Spannung angelegt, um eine Phasenverschiebung und damit eine Lichtstreuung zu verursachen, wodurch die

V) Durchlässigkeit f'ir das Licht reguliert wird. Eine vielversprechende Anwendung dieses Verfahrens sind neue Typen von Bildanzeige- bzw. Bildgeräten.

Ferroeiektrische Materialien wie KH₂PO₄(KDP), NH₄H₂PO₄(ADP), LiNbO₃ und Ba₂NaNb₅Oi₅ sind als elektrooptische Materialien bekannt. Diese Materialien können nur in Form von Einkristallen verwendet werden, es ist jedoch schwierig, aus diesen Materialien große Einkristalle mit guter Qualität herzustellen.

Ein in neuerer Zeit entwickeltes, elektrooptisches

bo ferroelektrisches Material ist eine feste Blei-Lanthan-Zirkonat'Titanat-Lösung, die erhalten wird, indem man in dem bekannten Blei-Zirkonat-Titanat-System, Pb(Zr, Ti)Oj, Blei durch Lanthan substituiert. Das durch Lanthan substituierte System wird üblicherweise als

(,·-, PLZT bezeichnet. Geeigneterweise werden PLZT-Keramiksubstanzen für praktische Verwendungszwecke in Form von Mehrkristallen eingesetzt. Sie können durch Heißpressen in großen Dimensionen (z. B. in Form von

Zylindern oder Scheiben mit einer Querscbnittsfläebe, die eine Ausdehnung von mehr als 10 cm bat) hergestellt werden, z, B, indem man kalzinierte Teilchen einer Keramikmasse unter Ausbildung einer gewönschten Form zusammenpreßt und die geformte Masse unter Anwendung einer geeigneten Heißpreßvorrichtung etwa 10 h bis 30 h lang unter einem Druck von etwa 9,8 MPa bis 29,4 MPa bei einer Temperatur von etwa 1000⁰C bis 1300⁰C in einer Sauerstoffatmosphäre sintert Die Produkte sind lichtdurchlässige, blaßgelbe keramische Substanzen.

PLZT-Kerainiksubstanzen haben vorteilhafterweise eine hohe optische Durchlässigkeit und zeigen ein schnelles Ansprechen auf Veränderungen im elektrischen Feld. Es gibt jedoch bestimmte Probleme, wie Schwierigkeiten bei der Verwendung von PLZT-Keramiksubstanzen auf bestimmten Gebieten, z. B. bei Bildgeräten, was an der Kompliziertheit der AntriebsschaltuHgen, die der relativ hohen Stärke des Polarisationsfeldes (der Steuerspannung) die für die Anwendung dieses Materials notwendig sind, zuzuschreiben ist, und an der Notwendigkeit liegt, bei der Herstellung dieses Materials ein Sintern bei hoher Temperatur über eine lange Zeitdauer auszudehnen. Trotzdem wird in hohem Maße damit gerechnet, daß lichtdurchlässige, efektrooptische, ferroelektrische keramische Substanzen auf einem großen Gebiet der Optoelektronik die vorteilhaftesten Materialien sind.

Aufgabe der Erfindung ist ein lichtdurchlässiges, feiToelektrisches keramisches Material, das einen guten elektrooptischen Effekt zeigt und leicht hergestellt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist ein lichtdurchlässiges, elektrooptisches, ferroelektrisches, keramisches Material, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus einer keramischen Substanz mit der Formel

(Pb₁ -A B₄) (Zr₇Ti₁ _,),_ -O₃

besteht, worin A ein Seltenerdmetall und B ein aus den Gruppen I, Il und III des Periodensystems ausgewähltes Element bedeutet und wobei gilt, daß 0.04<x<0,15;

Vorzugsweise wird das Element A aus Nd, Sm, Eu, Gd und La und wird das Element B aus Li, Na, K, Mg, Sr, Ba und AI ausgewählt.

Das erfindungsgemäße keramische Material kann im wesentlichen in einer ähnlichen Weise wie bekannte PLZT-Keramiksubstanzen durch Heißpressen hergestellt werden, jedoch kann das Heißpressen bei einer relativ niedrigen Temperatur durchgeführt und nach einer relativ kurzen Zeitdauer beendet werden.

Fig. 1 ist eine grafische Darstellung, in der die spektrale Durchlässigkei'scharakteristik einer erfindungsgemäßen, elektrooptischen keramischen Substanz mit einer beispielhaften Zusammensetzung gezeigt wird;

Fig.2 und 3 sind zwei typische Beispiele für Hysteresekurven, bei denen für erfindungsgemäße, elektrooptische keramische Substanzen die elektrische Polarisation gegen das angelegte elsktrische Feld aufgetragen ist;

Fig.4 und 5 sind grafische Darstellungen, in denen die Veränderungen des Curie-Punkts erfindungsgemäßer, elektrooptischen keramischer Substanzen in Abhängigkeit von Art und Menge der Elemente Ä und B gezeigt wird; und

Fig. 6 ist eine .schaubildliche Darstellung einer Versuchsvorrichtung zur Prüfung der Funktion eines elektrooptischen Verschlusses, bei dem ein elekfrooptisches, keramisches Material angewendet wird.

Die bevorzugten Ausföhrungsformen der Erfindung werden nachstehend näher erläutert Wie vorstehend beschrieben wurde, haben die erfindungsgemäßen, elektrooptischen keramischen Substanzen im allgemeinen die Zusammensetzung

(Pb₁-A B^) (Zr_xTi₁ -,J₁-^O₁, (3)

ίο worin Ä und H substituierende Elemente sind, die die vorstehend definierte Bedeutung haben.

Bei der Herstellung dieser keramischen Substanzen werden als Rohmaterial für die Grundbestandteile der keramischen Substanzen PbO, ZrO₂ und TiO2 eingesetzt, und ausgewählte substituierende Elemente werden entweder in Form ihres Oxids oder Carbonats in eine Grundmasse eingeführt Zuerst werden die Rohmaterialien in Pulverform in Übereinstimmung mit Formel (3) einzeln abgewogen. In Tabelle 1 werden als Beispiel die Menge der Rohmaterialien gezeigt die für den Fall abzuwiegen sind, das A = Neodym (Nd), B = Lithium (Li), a=b= xl2 und y= 0,65.

Tabelle 1

25	Symbol	Pb	A	B	Zr	Ti
	Rohmr.-'erial	. PbO	Nd₂O₃	Li₂CO₃	ZrO₂	TiO₂
		(g)	(g)	(g)	(g)	(g)
JO	JC=O₁Ol	221,0	1,683	0,309	79,84	27,88
	λ= 0,02	218,7	3,365	0,739	79,68	27,83
	-ν = 0,04	214,3	6,730	1,478	79,28	27,69
	χ =0,05	212,0	8,411	1,852	79,08	27,62
	.ν =0,07	207,6	11,78	2,591	78,68	27,48
15	χ = 0,09	203,1	15,14	3,334	78,28	27,34
	.ν = 0,10	200,9	16,82	3,690	78,08	27,27
	α· =0,12	196,4	20,19	4,431	77,68	27,17
	.ν = 0,14	192,0	23,55	5,170	77,28	26,99
	.ν =0,15	189.7	25,24	5,542	7·\12	26,93
41)	je = 0,20	178,6	33,65	7,389	76,08	26,57

Ein typisches Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen, elektrooptischen keramischen Materials besteht aus folgenden Schritten:

(1) Abwiegen:

Die pulverförmigen Materialien werden wie vorstehend gezeigt in geeigneten Mengen abgewogen.

(2) Vermählen und Vermischen:

Die abgewogenen Rohmaterialien werden zur gründlichen Vermischung in einer Reibschale oder einer Kugelmühle vermählen.

(3) Calcinieren:

Das Pulvergemisch wird in ein Aluminiumboot gebracht und in einem elektrischen Ofen etwa 1 h lang bei etwa 900° C calciniert.

(4) Vermählen:

Das calcinierte Gemisch wird unter Zugabe von entionisierteiii Wasser weiter vermählen und anschließend getrocknet.

(5) Formpressen:

Das calcinierte und vermahlcne Gemisch wird unter Ausbildung einer gewünschten Form, z. B. einer Scheibe, unter Anwendung eines Druckes von etwa 49,0MPa bei Raumtemperatur im Gesenk geformt.

(6) Heißpressen:

Das geformte Material wird in eine Form gebracht und unter fortgesetzter Anwendung eines Druckes von etwa 9,8 MPa bis 29,4 MPa bei einer Temperatur zwischen etwa 900⁰C und IJOO⁰C etwa 5 h bis 15 h lang in einer Sauerstoffatmosphäre gesintert. Ein bevorzugtes Material für die Form ist hochreines Aluminium, und das der Behandlung unterzogene, keramische Material ist in einem Füllstoff, vorzugsweise in ZrO2, eingeschlossen.

(7) Polieren:

Beide Seiten der heißgepreßten, keramischen Scheibe werden durch Reiben und Schwabbeln bzw. Polierläppen hochglanzpoliert.

Wenn in der durch die Formel (3) ausgedrückten, keramischen Masse b=0 ist, leistet das Element Ä (Seltenerdmetall) einen besonderen Beitrag zur Verbesserung der D-E-Hysteresecharakteristik der keramischen Substanz [Lf-= elektrische Polarisation, £ = angelegte Spannung). Wenn a = 0 ist, leistet das Element B (ein Element der Gruppe I, Il oder 111 des Periodensystems) einen besonderen Beitrag zur Verbesserung der optischen Durchlässigkeit der keramischen Substanz. Wenn a*0 und b¥>0 ist, wie vorstehend angegeben, führt die erfindungsgemäßeJSubstitution zu gemeinsamen Effekten der Elemente A und B.

Es wurde bestätigt, daß von den Seltenerdmetallen die Elemente Neodym (Nd), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd) und Lanthan (La) die effektivsten und für die praktische Verwendung am besten geeigneten Elemente sind. Wenn das Element Ä aus diesen fünf Elementen ausgewählt wird, wird bevorzugt, daß das Element B, Li, Na, K, Mg, Sr, Ba oder Al ist.

In den Tabellen 2-(a), 2-(b) und 2-(c) werden die Ergebnisse einer Reihe von Versuchen gezeigt, die mit 35 verschiedenen Kombinationen der bevorzugten Seltenerdmetalle und der bevorzugten Elemente der Gruppe I₁II oder HI des Periodensystems durchgeführt wurden, um die D-E-Hysteresekurven und die optische Durchlässigkeit der keramischen Substanzen der Tabelle 2-{a)

Formel (3) /ii untersuchen, bei denen χ variiert wurde, während y konstant auf 0,65 gehalten wurde, wobei in konstanter Weise galt, daß a = b — xl2. Die Proben in den Versuchen waren Keramikscheiben, die nach dem ' vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt worden waren, wobei auf den hochglanzpolierten Oberflächen durch Vakuumaufdampfung Aluminiumelektroden angeordnet wurden.

Die optische Durchlässigkeit wurde unter Verweni» dung von 200 μm dicken Proben über den sichtbaren und den nahen Ultrarotbereich gemessen. Durch die Symbole A, B, C und X werden in den der Durchlässigkeit zugeordneten Zeilen der Tabelle folgende Ergebnisse bezeichnet: i"> A Durchlässigkeit von mehr als 60%

B Durchlässigkeit von 30 bis 60% C Durchlässigkeit von weniger als 30%, jedoch

Lichtdurchlässigkeit bzw. Durchsichtigkeit X Durchlässigkeit von nur wenigen Prozent. -" undurchsichtig bzw. lichtdurchlässig

In bezug auf die D-E-Hysteresekurven werden in den Tabellen durch die Symbole A, B, C, X, (W) und (S) folgende Ergebnisse bezeichnet:

A Merkliche Hysterese, d. h. D> 20 μΟ'ΰπι² 2i B Dlag zwischen 10 und 20 \iClcm²

C D lag zwischen 5 und 10 \iClcm* X D war kleiner als 5 \iClcm¹ (W) Hysteresekurven vom weiten Typ, wie er in

F i g. 2 gezeigt wird jo (S) Hysteresekurven vom schlanken Typ, wie er in

F i g. 3 gezeigt wird. Die bei der Durchlässigkeit und/oder bei der Hysterese mit dem Symbol X bezeichneten Proben

wurden als für die praktische Verwendung ungeeignet

j-, beurteilt, während die anderen Proben als für die praktische Vn wendung geeignet beurteilt wurden.

Diese Versuche wurden mit einem konstanten Zr/Ti-Verhältnis von 65/35 durchgeführt, man erhielt jedoch fast die gleichen Ergebnisse, als dieses Verhältnis im Bereich zwischen 80/20 und 60/40 variiert wurde.

(Pb,-_rA_t/2B"_x/3

) (Zr₀₆₅TiJ₅),-fOj

Element A

Durchlässigkeit

Element I

Ϊ

a + b

0,10

0,15

0,20

Na

Na₂CO₃)

0,10

0,15

0,20

K (K₂CO₃)

a + b

0,10

0,15

0,20

Nd

D-E-Hysterese

0,04

A

C

χ =

a + b

A

C

X =

0,04

B

C

(Nd₂O₃)

Durchlässigkeit

A

A
(S)

X

0,01

0,04

B
(S)

C

0.01

B

A
(W)

B
(W)

X

Sm

D-£-Hysterese

B
(W)

C

X

C

A

B

C

X

C
(W)

C

X

(Sm₂O₃)

Durchlässigkeit

C

B
(W)

X

B
(W)

C
(W)

X

C

B
(W)

C

Eu

D-£-Hysterese

Li (Li₂CO₃)

B
(W)

A

B

X

C

B

A

B

X

B
(W)

B

X

(Eu₂O₃)

Durchlässigkeit

JT =

B

A
(W)

B
(W)

X

C
(W)

B
(W)

C
(W)

X

C

B
(W)

C

Gd

O-£-Hysterese

0,01

B
(W)

B

C

X

B

C

X

B
(W)

C

X

(Gd₂O₃)

Durchlässigkeit

C

B

B
(W)

X

B

A
(W)

B
(W)

C

X

La

/>-£-Hystcrcsc

C

C
(W)

B

X

C

A

C

X

C

A

C

(La₂O₃)

X

B

B
(S)

C
(S)

X

C

A
(S)

B
(S)

X

C

A
(S)

B
(S)

X

B
(W)

X

C

X

B
(W)

C

C
(W)

B
(W)

C
(W)

C

X

B
(W)

Tabelle 2-(h) (Pb₁ ,Λ_Χ/1Η_w!

Element Λ

Durchlässigkeit

Element Ii

0,04

0.10

0,15

0,20

Sr (SrO)

0.04

0,10

0,15

0,20

Ba (BaO)

0,04

o.io

0,15

0,20

O-f-llystercse

Mg(MgO)

C

Ii

X

ν a + Λ

C

Ii

B

X

λ■ - a + b

C

B

X
X

Durchlässigkeit

.v - Ii + b

C

Λ
(W)

B
(W)

X

0.01

I)

Λ

U

X

0,01

B

Λ

B

X

/)-£-! lysterese

0.01

B

X

C

X

C

B

C

Nd
(Nd ,O, ι

Durchlässigkeit

X

C

X

C

B

A

B

X

B

A

B

X

Sm

O-f-llysterese

X

C

B

X

C

X

(SniiOi)

Durchlässigkeit

C

X

B

C

A

B

X

fill
th U₂Oi)

/·>-£-! lysterese

X

c:

C

X

C

X

C

Gel
(iid_:ü,i

Durchlässigkeit

X

C

X

B

C

B

X

L;i
(l.ii.iO,)

/■>-£-! lysterese

X

C

X

A

X

C

B

C

X

B
(W)

A
(S)

C

B
(W)

A
(S)

X

C

X

C

X

Tabelle 2-(c)

(Pb, -₍Ä_V,,B\,₂) (Zr₀₆₅Ti_n..,,), jO,

Element A	Durchlässigkeit	Element E	0,04	0,10	0,15	0,20
Nd (Nd₂O,)	O-£-Hysterese	Al (Al₂O₃)	C	B	B	X
Sm (Sm₂O₃)	Durchlässigkeit	*χ = a+b*	B	B	B	X
Eu (Eu₂O₃)	D-E- Hysterese	0,01	C	C	X	X
Gd (Gd₂O₃)	Durchlässigkeit	C	B	A	B	X
La (La₂O₃)	D-f-Hysterese	X	C	C	X	X
Durchlässigkeit	X	B	A	B	X
D-E-Hysterese	C	C	C	C	X
Durchlässigkeit	X	B	A	B	C
D-E -Hysterese	C	C	A	A	C
C	A (W)	A (S)	B (S)	C
C
X
C

Aus den in den vorstehenden Tabellen zusammengefaßten Versuchsergebnisse und aus den Ergebnissen anderer Versuche können folgende Schlüsse gezogen werden: _

Wenn das Element A Nd ist, führt die Verwendung eines aus Li, Na und IC ausgewählten Elements der Gruppe I des Periodensystems als Element Έ zu einer elektrooptischen, keramischen Substanz, die sowohl eine ausgezeichnete Durchlässigkeit als auch eine ausgezeichnete relative Dielektrizitätskonstante hat Die besten Ergebnisse können bei Verwendung von LJ oder Na, gefolgt von der Verwendung von K, erzielt werden. Hinsichtlich der Effektivität folgen die Elemente der Gruppe Il (Mg, Sr, Ba) den Elementen der Gruppe I, während den Elementen der Gruppe II das Element der Gruppe HI (Al) folgt _

Wenn Sm, Eu oder Gd als Element A eingesetzt

werden, ^ind die Elemente der Gruppe I am besten als Element B geeignet. In diesem Fall besteht zwischen den Elementen der Gruppe Il und der Gruppe 111 ein

κι geringer Unterschied, jedoch ist Mg weniger effektiv als die anderen Elemente.

Wenn das Element Ä La ist, ist die Verwendung von Sr, Ba oder Al als Element B am günstigsten, obwohl auch die Verwendung von Na, K oder Li zu einer guten

j> elektrooptischen keramischen Substanz führt. In diesem Fall hat Mg eine beträchtlich geringere Effektivität.
F i g. 1 zeigt die spektrale Durchlässigkeit von

(Pb₀₉Nd₀₀₅Li₀₀₅)(Zr₀₆₅Ti₀J₅)Q₉₇₅O₃,

einem typischen Beispiel für eine erfindungsgemäß ~, elektrooptische keramische Substanz. Von den erfindungsgemäßen, keramischen Substanzen sind die Nd enthaltenden Substanzen durch ihre blaßblaue Farbe

i; gekennzeichnet.

Bei den erfindungsgemäßen, keramischen Substanzen hängt der Curie-Punkt vonjier Art und der Menge der substituierenden Elemente A und B ab. F i g. 4 zeigt die Veränderung des Curie-Punkts für deji^ Fall, daß das Element A Nd ist und daß das Element B Li, Na oder K ist Fig.5 zeigt die Veränderung des Curie-Punkt für den Fall, daß das Element A La ist und daß das Element B Li, Sr oder Al ist Bei den Versuchen, die zu den Kurven der Fig.4 und 5_führten, wurde das

Atomverhältnis des Elements A zu dem Element B konstant auf 1 :1 gehalten, und das ZrlT\-Verhältnis betrug 65/35.

Veränderungen im Curie-Punkt stehen mit Veränderungen in der Kristallstruktur der getesteten Materia- lien in einer engen Beziehung. Wenn der Curie-Punkt eines Materials einen so niedrigen Wert wie die Raumtemperatur hat, zeigt dieses Material leicht eine Veränderung seiner Kristallstruktur, wenn an das Material bei Raumtemperatur ein elektrisches Feld angelegt wird.

Von den erfindungsgemäßen, lichtdurchlässigen, elektrooptischen keramischen Substanzen eignen sich die Substanzen, die Hysteresekurven vom weiten Typ

haben, wie er in F i g. 2 gezeigt wird, als Speiche· und können daher z. B. auf dem Gebiet der Bildwiedergabe eingesetzt werden. Die keramischen Substanzen, die Hysteresekurven vom schlanken Typ aufweisen, wie er in F i g. 3 gezeigt wird, sind zur augenblicklichen bzw. sofortigen Auslöschung des Lichts befähigt und können daher für optisch" Verschlüsse und optische Ventile eingesetzt werden.

Fig. 6 zeigt erne Versuchsvorrichtung zur Prüfung der Wirkung einer erfindungsgemäßen, lichtdurchlässigen, elektrooptischen keramischen Substanz mit der Zusammensetzung

(Pb₀Q Nd₀,05 Lio.05) (Zr_{0 65}Ti_Oj5 )o I)-^₅ O₁

als optischer Verschluß.

In Fig.6 bedeutet 10 eine Platte aus diesem keramischen Material. Auf einer Seite der Keramikplatte 10 wurden durch Aufdampfung im Vakuum zwei Aluminiumelektroden 12 gebildet, die in einem Abstand vnn 0.5 mm parallel angeordnet waren. Zwei Polarisatoren bzw. Polarisationsfilter 14 und 16 wurden in der Form von gekreuzten Nicols ausgerichtet und so angeordnet, daß die Keramikplatte 10 zwischen ihnen lag. Eine He-Ne-Laservorrichtung 18 und ein lichtempfindlicher Transistor 20 wurden so angeordnet, daß ein Laserlichtstrahl durch die Polarisatoren bzw. Polarisationsfilter 14 und 16 und durch die lichtdurchlässige Keramikplatte 10 hindurchging und am lichtempfindlichen Transistor 20 ankam. Unter Anwendung eines Impulsgebers 20 wurde an die Elektroden 12 eine Gleichstromspannung angelegt, um die Durchlässigkeit der Keramikplatte 10 in bezug auf das Laserlicht zu regulieren, und die resultierenden Veränderungen der Durchlässigkeit der Keramikplatte 10 wurden gemessen, indem der lichtempfindliche Transistor 20 mit einem Os/.illografen 24 vom Speichertyp verbunden wurde. Als an die Elektroden 12 eine impulsartige Spannung von 400 V angelegt wurde, erhielt die Keramikplatte 10 innerhalb von wenigen Mikrosekunden eine Durchlässigkeit von mehr als 90%. Als das Anlegen der Spannung unterbrochen wurde, bildete sich in wenigen Mikrosekunden eine Durchlässigkeit von weniger als 10% aus. Auf diese Weise wurde bestätigt, daß das getestete, keramische Material zur Herstellung von optischen Verschlüssen mit einer sehr hohen Ansprechgeschwindigkeit geeignet ist.

Die Vorteile der Erfindung werden nachstehend zusammengefaßt:

(1) Erfindungsgemäß werden ferroelektrische keramische Substanzen zur Verfügung gestellt, die einen bemerkenswerten elektrooptischen Effekt zeigen und eine sehr hohe Durchlässigkeit haben.

(2) Die erfindungsgemäßen. keramischen Substanzen können durch ein bekanntes Heißpreßverfahren leicht hergestellt werden, und das Heißpressen kann im Vergleich mit dem Heißpressen von üblichen PLZT-Keramiksubstanzen bei einer herabgesetzten Temperatur und in einem abgekürzten Zeitraum durchgeführt werden.

(3) Die erfindungsgemäßen, keramischen Substanzen zeigen beim Anlegen eines elektrischen Feldes mit einer relativ geringen Stärke einen elektrooptischen Effekt, so daß für eine elektrooptische Vorrichtung, bei der eine erfindungsgemäße, keramische Substanz eingesetzt wird, ein Antriebsstromkreis bzw. eine Antriebsschaltung mit einem relativ geringen Leistungsvermögen ausreicht.

Hier/11 4 Hkitt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

I, Elektrooptisches, ferroelektrisch.es, keramisches Material, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus einer keramischen Substanz mit der Formel

besteht, worin Ä ein Seltenerdmetall und B ein aus den Gruppen I, II und III des Periodensystems ausgewähltes Element bedeutet und wobei gilt, daß 0,04 < jc< 0,15; 0,6 < y< 0,8; a+b=x; a φ 0 und b φ 0.

Z Keramisches Material nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß das Element A aus Nd, Sm, Eu, Gd und La und daß das Element B aus Li, Na, K, Mg, Sr, Ba und Al ausgewählt ist

3. Keramisches Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element Ä Nd ist und daß das Element B aus Li, Na, K, Mg, Sr und Ba ausgewählt ist

4. Keramisches Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das_Element Ä aus Am, Eu und Gd und daß das Element B aus Li, Na, Sr, Ba und Al ausgewählt ist

5. Keramisches Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element A La ist und daß das Element B aus Na, K, Sr, Ba und Al aysgewählt ist