DE69428651T2 - Eine Lichtwellenlängen wandelnde Glaskeramik und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Eine Lichtwellenlängen wandelnde Glaskeramik und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Description

  • Diese Erfindung betrifft eine hocheffiziente transparente, Seltenerdionen enthaltende Glaskeramikzusammensetzung zur Wandlung von Wellenlängen, die beispielsweise bei Feststofflasern kurzer Wellenlänge, Vollfarbdisplays und einem Sensor zum Nachweis von Infrarotlicht verwendet werden kann, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • In letzter Zeit hat man Materialien zur Wellenlängenwandlung, in denen man sich des elektronischen Übergangs zwischen einer Vielzahl der Energiestufen von Seltenerdionen bedient, mit Interesse studiert, weil sie auf verschiedenen Gebieten wie blauen oder grünen Feststofflasern, Vollfarbdisplays und Sensoren zum Nachweis von Infrarotlicht eingesetzt werden können. Als transparente Materialien zur Wellenlängenwandlung mit einer relativ hohen Wandlungseffizienz waren bisher Fluorideinkristalle und -gläser bekannt. Jedoch ist es unmöglich, einen Fluorideinkristall mit optischer Homogenität und einer für die Praxis geeigneten Größe im industriellen Maßstab und auf wirtschaftliche Weise herzustellen, da der Fluorideinkristall zwar über ausgezeichnete Umwandlungseffizienz, mechanische Festigkeit und chemische Stabilität verfügt, es jedoch schwierig ist, einen solchen Einkristall von hoher Qualität zu züchten. Da andererseits Fluoridglas in Form einer Faser ein Anregungslicht effektiv in einem Faserkern verschließen kann, hat man derzeit einen Faserlaser für sichtbares Licht mit höchster Infrarotwandlungseffizienz erhalten. Jedoch ist das Fluoridglas dem Fluorideinkristall in Bezug auf thermische, mechanische und chemische Stabilität unterlegen und weist z.B. in Bezug auf Haltbarkeit und Verlässlichkeit Probleme auf So neigt Fluoridglas dazu, durch Wasser erodiert zu werden und wird sehr anfällig für Beschädigung, wenn man es mit einem Laserstrahl von hoher Kraft bestrahlt. Für die Herstellung von Fluoridglasfasern müssen darüber hinaus die Herstellungsbedingungen wie die Temperatur und die Atmosphäre unbedingt genau gesteuert werden, was die Produktionskosten erhöht.
  • Andererseits ist als Glas mit hoher Stabilität eine für optische Gläser typische Zusammensetzung bekannt, die als überwiegende Komponente Oxide umfasst. Normale optische Gläser, die sogenannte glasbildende Materialien mit sehr hoher chemischer Bindungskraft enthalten, wie z.B. SiO&sub2;, GeO&sub2;, AlO2,5, B1,5 und PO2,5, weisen eine hohe Viskosität auf und sind Fluoridgläsern, die ionische Bindungsverbindungen enthalten, überlegen in Bezug auf Formbarkeit, Wasserfestigkeit und mechanische Festigkeit. In Oxidgläsern ist jedoch die Emissionseffizienz bei verschiedenen Mengen von Seltenerdionen wesentlich geringer als bei Fluoriden, und Oxidgläser eignen sich nicht zur Verwendung in Geräten, bei denen man sich der Emission von Seltenerdionen bedient, z.B. Lasermaterialien.
  • Als Wellenlängenwandlungsmaterial des Standes der Technik fallen bei Glas aus qualitativ hochwertigem Fluorid höhere Produktionskosten an, während Oxidglas mit hoher Stabilität eine geringere Emissionseffizienz hat.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine hocheffiziente transparente Glaskeramikzusammensetzung zur Wellenlängenwandlung zur Verfügung zu stellen, die Seltenerdionen enthält.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein transparentes Material mit ausgezeichneten Wellenlängenwandlungseigenschaften sowie hoher Stabilität zur Verfügung zu stellen, mit dem die Probleme des Standes der Technik gelöst werden können.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer hocheffizienten transparenten, Seltenerdionen enthaltenden Glaskeramikzusammensetzung zur Verfügung zu stellen.
  • Gelöst werden diese Aufgaben durch eine transparente Glaskeramikzusammensetzung der folgenden chemischen Zusammensetzung, in der Seltenerdionen enthaltende feine Fluoridkristalle, die kleiner sind als die Wellenlänge von Licht, bevorzugt ausgefällt werden:
  • SiO&sub2; : 10 bis 60 Mol-% (vorzugsweise 20 bis 45 Mol-%)
  • AlO1,5 : 0 bis 40 Mol-% (vorzugsweise 10 bis 30 Mol-%)
  • GaO1,5 0 bis 40 Mol-% (vorzugsweise 10 bis 30 Mol-%)
  • PbF&sub2; : 5 bis 60 Mol-% (vorzugsweise 20 bis 50 Mol-%)
  • CdF&sub2; : 0 bis 60 Mol-% (vorzugsweise 10 bis 40 Mol-%)
  • GeO&sub2; : 0 bis 30 Mol-% (vorzugsweise 0 bis 20 Mol-%)
  • TiO&sub2; : 0 bis 10 Mol-% (vorzugsweise 0 bis 6 Mol-%)
  • ZrO&sub2; : 0 bis 10 Mol-% (vorzugsweise 0 bis 6 Mol-%)
  • ReF&sub3; oder ReO1,5 : 0,05 bis 30 Mol-% (vorzugsweise 0,5 bis 20 Mol-%)
  • (Re = Er, Tm, Ho, Yb, Pr oder ein anderes Seltenerdelement) und durch ein Verfahren zur Herstellung einer transparenten Glaskeramikzusammensetzung, umfassend die Herstellung eines Seltenerdionen enthaltenden Oxid- Fluorid-Glases durch ein herkömmliches Schmelzverfahren, Unterwerfen des Glases unter eine Wärmebehandlung bei einer über der Glasübergangstemperatur liegenden Temperatur, wodurch vorzugsweise feine Fluoridkristalle mit kleineren Größen als die Wellenlängen von Licht, die eine große Menge Seltenerdionen enthalten, ausgefällt werden.
  • Die Begleitzeichnungen veranschaulichen das Prinzip und die Vorzüge der Erfindung im einzelnen.
  • Fig. 1 ist ein Beispiel für Emissionsspektren, wenn das in Beispiel 1 hergestellte erfindungsgemäße Material zur Wandlung von Infrarotlicht zu sichtbarem Licht durch Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 980 nm angeregt wird [(a) vor der Wärmebehandlung, (b) nach der Wärmebehandlung und (c) Fluoridglas mit zugesetztem Er-Yb gemäß Vergleichsbeispiel 1].
  • Fig. 2 zeigt die Streukurven des Materials von Beispiel 1 (a) vor der Wärmebehandlung und (b) nach der Wärmebehandlung.
  • Fig. 3 zeigt die Transmissionsspektren des Materials von Beispiel 1 (a) vor der Wärmebehandlung und (b) nach der Wärmebehandlung.
  • Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit der Emissionsintensität der Glaskeramiksubstanz und des Fluoridglases von Beispiel 1 bzw. Vergleichsbeispiel 1 von der Anregungsenergie.
  • Fig. 5 zeigt die Emissionsspektren für sichtbares Licht, wenn (a) das Material von Beispiel 2 und (b) Fluoridglas, dem Tm³&spplus; und Yb³&spplus; zugesetzt werden, durch ein Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 980 nm anreget werden.
  • Die Erfinder haben verschiedene Anstrengungen unternommen, um eine hocheffiziente transparente, Seltenerdionen enthaltende Glaskeramikzusammensetzung mit hoher Wellenlängenwandlungseffizienz zu entwickeln, die bei Festsstofflasern von kurzer Wellenlänge, Vollfarbdisplays und Sensoren zum Nachweis von Infratorlicht angewandt werden kann, und haben die transparente Glaskeramikzusammensetzung der vorstehenden chemischen Zusammensetzung gefunden, in der Seltenerdionen enthaltende feine Fluoridkristalle bevorzugt ausgefällt werden.
  • In der vorstehenden erfindungsgemäßen chemischen Zusammensetzung sind SiO&sub2; und AlO1,5 oder GaO1,5 wichtig als Glasrohmaterialien zur Herstellung der Netzstruktur aus der transparenten Glasmatrix. Wenn der SiO&sub2;-Gehalt steigt, lässt sich das Glas besser formen, doch die erwünschten feinen Fluoridkristalle sind schwer auszufällen. Vor allem wenn SiO&sub2; mindestens 60 Mol-% oder AlO1,5 oder GaO1,5 mindestens 40 Mol-% beträgt, können die feinen Kristalle nicht ausgefällt werden und die Emissionseffizienz lässt nach. PbF&sub2; und CdF&sub2; beschleunigen nicht nur die Glasbildung, sondern spielen auch eine wesentliche Rolle bei der Ausfällung der feinen Kristalle. Wenn mehr als 60 Mol-% PbF&sub2; und CdF&sub2; zugesetzt werden, bildet sich kein Glas. GeO&sub2; ist eine Komponente, die die gleiche Rolle spielt wie SiO&sub2;, und selbst wenn ein Teil von SiO&sub2; durch GeO&sub2; ersetzt wird, wird die Glasbildung nicht beeinträchtigt. TiO&sub2; oder ZrO&sub2; ist effektiv bei der Ausfällung der feinen Kristalle, selbst wenn es in einer kleinen Menge zugesetzt wird. Werden mindestens 10% zugesetzt, löst sich diese Komponente nicht. Seltenerdelemente (Re&spplus;³) sind Emissionskomponenten, von denen Yb&spplus;³ als Sensibilisierungsmittel vorzugsweise in größerer Menge, z.B. etwa 20 Mol-%, und die anderen R³&spplus;-Elemente vorzugsweise in einer Menge von bis zu 5 Mol-% verwendet werden, um Konzentrationsquenchen zu verhindern.
  • Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung einer transparenten Glaskeramikzusammensetzung zur Verfügung, bei dem man ein Seltenerdionen enthaltendes Oxid-Fluorid-Glas durch ein herkömmliches Schmelzverfahren herstellt und das Glas bei einer Temperatur über der Glasübergangstemperatur einer Wärmebehandlung unterzieht, und wodurch vorzugsweise feine Fluoridkristalle mit kleineren Größen als die Wellenlänge von Licht und einer großen Menge Seltenerdionen hergestellt werden. Im einzelnen werden glasbildende Materialien, z.B. Pulver von SiO&sub2;, AlO1,5 und Fluoride wie PbF&sub2;, CdF&sub2; und ReF&sub3; (Seltenerdelementfluoride) vermischt, in einem Platintiegel vorgelegt, an der Luft bei einer Temperatur von etwa 1000ºC solubilisiert, in eine Kohlenstoffform gegossen und dann in einen Auskühlofen eingebracht, um die Spannung zu entfernen. Bis zu diesem Schritt wird im Wesentlichen das gleiche Verfahren durchgeführt wie bei normalen Verfahren zur Herstellung von Oxidglas, so dass man transparentes Glas mit verschiedenen Formen erhält. Wenn das resultierende transparente Glas mehrere Stunden bei einer Temperatur über der Glasübergangstemperatur, bei der es nicht zur Entglasung kommt, wärmebehandelt wird, kann die Emissionseffizienz der Seltenerdelemente sofort gesteigert werden, ohne dass die Transparenz zurückgeht. Mit einem solchen sehr einfachen Verfahren kann man einen transparenten Körper mit hoher Seltenerdemissionseffizienz erhalten, weil eine große Menge feiner, Seltenerdionen enthaltender Fluoridkristalle durch die Wärmebehandlung im Glas ausgefällt wird. Da jedoch viele der in der resultierenden Glaskeramikzusammensetzung ausgefällten feinen Kristalle kleiner sind als die Wellenlängen von Licht, ist die Streuung des sichtbaren Lichts so gering, dass sie ignoriert werden kann, und das Glas hat vor und nach der Wärmebehandlung trotz der unterschiedlichen Struktur offensichtlich die gleiche vollständige Transparenz. Was die Komponenten angeht, kann außerdem GeO&sub2; oder BO1,5 als Rohmaterial oder Rohkomponente anstelle von SiO&sub2;, GaO1,5 oder TiO&sub2; anstelle von AlO1,5 und Seltenerdoxide ReO1,5 anstelle der Seltenerdfluoride ReF&sub3; verwendet werden. Wichtig ist, dass die Fluoride stabil in ein Oxidglas inkorporiert werden und das Gemisch einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wodurch Seltenerdionen enthaltende feine Fluoridkristalle ausfallen. Schwermetallfluoride wie PbF&sub2;, CdF&sub2;, TlF usw. werden als Komponente bevorzugt, da sie metastabile Jonenbindungen mit Fluoridionen im Oxidglasnetz bilden und dazu dienen, eine direkte Bindung zwischen den Seltenerdionen mit Si-O zu verhindern. Die zum Schmelzen des Glases verwendete Atmosphäre unterliegt keinen Einschränkungen, kann aber Luft sein. Als Schmelztiegel verwendet man solche aus Platin, Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid.
  • Das vorstehend beschriebene Produktionsverfahren wird jetzt im folgenden genauer beschrieben. Man vermischt Pulver von Oxiden und Fluoride als Rohmaterialien, legt sie in einem Platinschmelztiegel mit Deckel vor und schmilzt sie gleichmäßig bei etwa 1000ºC. Wenn der Gehalt an AlO1,5, TiO&sub2; oder ZrO&sub2;, die alle einen hohen Schmelzpunkt haben, größer ist, sollte die Schmelztemperatur etwas höher eingestellt werden (weniger als 1200ºC). Wenn die Temperatur allerdings über 1200ºC liegt, wird der Fluoridverlust durch Verdampfung sehr hoch, so dass man verhindern sollte, dass die Schmelze so heiß wird. Die Schmelzzeit, die von der Menge pro Charge abhängt, beträgt im allgemeinen 1 bis 2 Stunden bei etwa 100 g. Wird diese Menge größer, sollte die Schmelzzeit verlängert werden, um das Gemisch zu homogenisieren. Jedoch sollte man auch vermeiden, die Schmelze länger aufrechtzuerhalten, da dann eine erhebliche Menge Fluoride durch Verdampfung verloren geht.
  • Die Glasschmelze wird in eine Form gegossen, verfestigt, nahe der Glasübergangstemperatur (Tg) geglüht, auf eine Temperatur von etwa 50ºC unter der Tg gekühlt, erneut erhitzt und bei einer Temperatur von etwa 100ºC über der Tg wärmebehandelt, so dass feine Kristalle ausfallen. Im allgemeinen ist die Tg je nach der Zusammensetzung des Glases unterschiedlich, so dass auch die Wärmebehandlungstemperatur in Abhängigkeit von der Glaszusammensetzung schwankt. Solange es nicht zur Entglasung kommt, sollte die Wärmebehandlung unter dem Gesichtspunkt der Effizienz bei einer höheren Temperatur durchgeführt werden. Außerdem ist bei höherer Temperatur auch die Wärmebehandlungszeit kürzer. Im allgemeinen sollte die Wärmebehandlung jedoch vorzugsweise über mindestens 10 Stunden durchgeführt werden.
  • Beispiele
  • Die Erfindung wird jetzt anhand der folgenden Beispiele näher veranschaulicht, doch die Erfindung und ihre Vorzüge sind nicht auf die in diesen Beispielen beschriebenen Materialien, Zusammensetzungen und Herstellungsverfahren beschränkt. Selbstverständlich sollen diese Beispiele die Erfindung lediglich veranschaulichen und können auf verschiedene Weise abgewandelt oder modifiziert werden, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
  • Beispiel 1
  • Pulver von SiO&sub2;, Al(OH)&sub3;, PbF&sub2;, CdF&sub2;, YbF&sub3; und ErF&sub3; wurden gewogen und gemischt, so dass eine Zusammensetzung aus 30% SiO&sub2;, 15% AlO1,5, 24% PbF&sub2;, 20% CdF&sub2;, 10% YbF&sub2; und 1% ErF&sub3; (in Mol) entstand. Das resultierende Gemisch wurde in einem Platintiegel vorgelegt und etwa eine Stunde bei 1050ºC an der Luft geschmolzen. Das gleichmäßig geschmolzene Gemisch wurde in eine Kohlenstoffform gegossen und bei 400ºC abgekühlt. Das auf diese Weise erhaltene transparent Glas wurde bei einer Temperatur von 470ºC zusätzlich sieben Stunden wärmebehandelt. Dann ließ man es bei Raumtemperatur stehen und abkühlen.
  • Fig. 1 zeigt die Emissionsspektren, wenn (a) das nicht wärmebehandelte Glas und (b) das gleiche Glas, das bei 470ºC wärmebehandelt wurde, mit einem Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge von 980 nm bestrahlt wird. Die Emissionen bei einer Wellenlängenbande von 550 nm und 660 nm sind grün bzw. rot durch Er³&spplus;; insbesondere bei der Emission bei 550 nm geht man davon aus, dass sie für Laser kurzer Wellenlänge u.a. eingesetzt wird. Aus Fig. 1 geht hervor, dass die Emissionsintensität im sichtbaren Bereich durch die Wärmebehandlung bei 470ºC um mindestens das etwa Hundertfache besser wird.
  • Fig. 2 zeigt die Röntgenstreuungskurven der Proben vor und nach der Wärmebehandlung in diesem Beispiel. Dort zeigt sich, dass die Probe vor der Wärmebehandlung (a) die breite Kurvencharakteristik von Glas ergibt, während die wärmebehandelte Probe (b) aufgrund der Gegenwart von Kristallen scharfe Peaks zeigt. Das zeigt also, dass eine große Menge kristallinen Materials durch die Wärmebehandlung im Glas ausgefällt wird. Diese Peaks sind auf die feinen Kristallen der festen Fluoridlösungen von PbF&sub2;, CdF&sub2;, YbF&sub3; und ErF&sub3; usw. zurückzuführen. Aus ihrer Halbwertszeitbreite lässt sich berechnen, dass die feinen Kristalle sehr klein sind, d.h. in der Größenordnung von 20 nm.
  • Fig. 3 zeigt die Durchlässigkeitsspektren der Glasprobe vor und nach der Wärmebehandlung, wobei die gestrichelte Linie das Ergebnis nach der Wärmebehandlung und die durchgezogene Linie das Ergebnis vor der Wärmebehandlung zeigt. Aus dieser Zeichnung geht hervor, dass die Durchlässigkeit vor und nach der Wärmebehandlung praktisch unverändert ist. Im allgemeinen ist dann, wenn Fremdstoffe wie Kristalle in einem Glas ausgefällt werden, die Durchlässigkeit durch Lichtstreuung erheblich verringert. Sind die ausgefällten Kristalle jedoch sehr klein, z.B. kleiner als die Wellenlänge von Licht, und die Differenz im Brechungsindex zwischen den feinen Kristallen und dem Matrixglas gering, kann der Durchlässigkeitsverlust durch Lichtstreuung so weit unterdrückt werden, dass man ihn ignorieren kann. Das Ergebnis von Fig. 3 ist der letztere Fall.
  • Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit der unter Verwendung des Materials von Beispiel 1 und einem Halbleiterlaser von 980 nm als Anregungslichtquelle gemessenen Emission von der Anregungskraft. Alle Emissionen von 550 nm und 660 nm sind auf die Energieübertragung zwischen einer Vielzahl von Energiestufen der Seltenerdionen (in diesem Fall &sup4;I11/2, &sup4;S3/2 und &sup4;F3/2 Mengen von Er³&spplus; und ²F5/2 von Yb³&spplus;) zurückzuführen, was die quadratische Abhängigkeit der Anregungskraft zeigt, die charakteristisch für die Wellenlängenwandlung ist.
  • In Fig. 4 haben die Symbole folgende Bedeutung
  • : I&sub4;&sub1;&sub0;, transparente Glaskeramikzusammensetzung vor der Wärmebehandlung
  • O: I&sub5;&sub5;&sub0;, transparente Glaskeramikzusammensetzung vor der Wärmebehandlung
  • Δ: I&sub6;&sub6;&sub0;, transparente Glaskeramikzusammensetzung vor der Wärmebehandlung
  • : I&sub4;&sub1;&sub0;, transparente Glaskeramikzusammensetzung nach der Wärmebehandlung
  • : I&sub5;&sub5;&sub0;, transparente Glaskeramikzusammensetzung nach der Wärmebehandlung
  • : I&sub6;&sub6;&sub0;, transparente Glaskeramikzusammensetzung nach der Wärmebehandlung
  • kleiner : I&sub4;&sub1;&sub0;, Fluoridglas des Standes der Technik
  • kleiner : I&sub5;&sub5;&sub0;, Fluoridglas des Standes der Technik
  • kleiner : I&sub6;&sub6;&sub0;, Fluoridglas des Standes der Technik
  • "Ix": I = Intensität, x = Emissionswellenlänge
  • "Pin": P = Energie (Anregungslichtenergie), in = Input
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Zum Vergleich wurde ein bisheriges typisches Fluoridglas [35% AlF&sub2;, 14% YbF&sub3;, 1% ErF&sub3;, 20% PbF&sub2;, 5% MgF&sub2;, 15% CaF&sub2;, 10% BaF&sub2; (Mol) in einem Platinschmelztiegel in einer Stickstoffatmosphäre hergestellt.
  • Es bestätigte sich, dass dieses Glas [AdÜ: Drei Worte durch EPA-Aufdruck unleserlich]..., weil es keine Verbindung mit starker Bindungseigenschaft enthält, aber eine gleich hohe Wandlungseffizienz von Infrarot zu sichtbarem Licht hat wie ein Fluorideinkristall. In Fig. 1(c) und Fig. 4 sind jeweils die Emissionsspektren des Glases, wenn es durch einen Halbleiterlaser bei 980 nm bestrahlt wird, und die Abhängigkeit der Emissionsintensität von der Anregungsenergie zu sehen. Die grüne Emissionsintensität des Fluoridglases war nur etwa halb so groß wie die der transparenten Glaskeramikzusammensetzung von Beispiel 1, und die Energieabhängigkeit beider Gläser war im Wesentlichen gleich. Somit bestätigte sich, dass das erfindungsgemäße Material von einer niedrigeren Anregungsenergie bis zu einer höheren Anregungslichtenergie eine höhere Effizienz aufweist als das Fluoridglas.
  • Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2
  • Eine transparente Glaskeramiksubstanz mit der Zusammensetzung 30% SiO&sub2;, 15% AlO1,5, 45% PbF&sub2;, 10% YbF&sub2; und 0,1% TmF&sub3; (in Mol) wurde analog zu Beispiel 1 hergestellt. Wenn diese Probe mit einem Laser von 980 nm bestrahlt wurde, war eine starke blaue Emission, eine der drei Primärfarben zu beobachten. Dieses blaue Emissionsspektrum ist in Fig. 5 zu sehen. Zum Vergleich ist in Fig. 5 auch ein Emissionsspektrum eines gemeinsam mit Yb³&spplus; und Tm³&spplus; dotierten Fluoridglases (35% AlF&sub3;, 15% YbF&sub3;, 20% PbF&sub2;, 5% MgF&sub2;, 15% CaF&sub2;, 10% BaF&sub2;, 0,1% TmF&sub3; (Mol) (Vergleichsbeispiel 2) zu sehen. Alle Emissionen im sichtbaren Bereich sind auf Tm³&spplus; zurückzuführen. Was die Emissionsintensität von 360 nm angeht, ist die Glaskeramiksubstanz stärker als das Fluoridglas, aber beide Gläser weisen im Wesentlichen die gleiche blaue Emission von 480 nm auf. In Fig. 5(a) ist ein Emissionsspektrum der Glaskeramiksubstanz von Beispiel 2 zu sehen, und (b) zeigt das von Vergleichsbeispiel 2.
  • Beispiele 3 bis 6
  • Proben der Beispiele 3 bis 6 wurden analog zu Beispiel 1 hergestellt und einer Messung der Wandlungsleistung von Infrarot zu sichtbarem Licht unterzogen, z.B. die Abhängigkeit S von der Energie, die Intensität der sichtbaren Lichts bei Anregung durch einen 980 nm Laser, so dass man die in Tabelle 1 aufgeführten Ergebnisse mit den Daten von Beispiel 1 und 2 erhält.
  • Erfindungsgemäß kann man auf einfache Weise eine transparente Glaskeramiksubstanz mit hoher Wandlungseffizienz von Infrarot zu sichtbarem Licht, hoher chemischer, mechanischer und thermische Beständigkeit erhalten, die für Feststofflaser mit kurzer Wellenlänge, Vollfarbdisplays, Sensoren zur Messung von Infrarotlicht usw. eingesetzt werden kann. Tabelle 1
  • Hinweis: (A): gelbgrün, (B): [AdÜ: Wort in der Vorlage überdruckt], (C)... grün, (D): stark

Claims (4)

1. Transparente Glaskeramikzusammensetzung mit der folgenden chemischen Zusammensetzung, worin feine, seltene Erden enthaltende Fluoridkristalle in einer Glasmatrix präzipitiert sind:
SiO&sub2; 10-60 Mol-%
AlO1,5 0-40 Mol-%
GaO1,5 0-40 Mol-%
PbF&sub2; 5-60 Mol-%
CdF&sub2; 0-60 Mol-%
GeO&sub2; 0-30 Mol-%
TiO&sub2; 0-10 Mol-%
ZrO&sub2; 0-10 Mol-%
ReF&sub3; or ReO1,5 (Re = Er, Tm, Ho, Yb, Pr, oder andere Seltenerdelemente)
0,05-30 Mol-%
2. Verfahren zur Herstellung einer transparenten Glaskeramikzusammensetzung, umfassend die Herstellung eines Oxid-Fluorid-Glases, enthaltend Seltenerdionen über ein herkömmliches Schmelzverfahren, Unterwerfen des Glases unter eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur höher als die Glasübergangstemperatur und dadurch Präzipitieren von vorzugsweise feinen Fluoridkristallen mit kleineren Größen als die Wellenlängen von Licht, enthaltend eine große Menge an Seltenerdionen.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, worin die glasbildenden Materialien gemischt, in einen Platintiegel gefüllt, an der Luft bei einer Temperatur von etwa 1000ºC solubilisiert, in einer Form aus Kohlenstoff gegossen und in einen Temperofen gebracht werden, um Spannungen zu entfernen, und worin das so erhaltene transparente Glas weiter wärmebehandelt wird für zahlreiche Stunden bei einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur, an der keine Devitrifikation auftritt, wobei die Emissionseffizienz der Seltenerdelemente ohne Verringerung der Transparenz erhöht werden kann.
4. Verwendung einer Keramikzusammensetzung gemäß Anspruch 1 bei der Herstellung eines Feststofflasers kurzer Wellenlänge, einem Vollfarb-Display (einer Vollfarbanzeige) oder einem Infrarotlicht detektierenden Sensor.
DE69428651T 1993-08-27 1994-08-26 Eine Lichtwellenlängen wandelnde Glaskeramik und Verfahren zu ihrer Herstellung Expired - Lifetime DE69428651T2 (de)

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