JP3892489B2

JP3892489B2 - 希土類珪酸塩単結晶の加工方法

Info

Publication number: JP3892489B2
Application number: JP05967194A
Authority: JP
Inventors: 靖倉田; 和央蔵重; 浩之石橋
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2022-03-14
Also published as: JPH07266201A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、シンチレータ等に用いられる希土類珪酸塩単結晶の加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
珪酸ガドリニウム単結晶等の希土類珪酸塩単結晶は、シンチレータ、蛍光体等として広く用いられている。
この単結晶系に属する珪酸ガドリニウム単結晶等は、シンチレータ等に用いられる場合、一般に円柱あるいは直方体の形状のものが使用される。実際には更に、１面〜全面を鏡面研磨し、鏡面研磨を施した一面を除いて反射材を塗布あるいは巻き付けた状態で、反射材の無い面を光電子増倍管に密着させて使用される。この単結晶はへき開性が強く（１００）面に沿って割れ易い等の性質を持ち、比較的脆弱な結晶である。そのため、結晶育成冷却時や加工時に割れが発生し易い。しかしながら、この珪酸ガドリニウム等の希土類珪酸塩単結晶を円柱状に加工する方法において、これまでｂ軸（［０１０］軸）とｃ軸（［００１］軸）の間の任意の結晶方向を円柱の軸方向にして側面の円筒研削をしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来法では、円筒研削時に側面に割れ及び剥がれが発生する場合があり、平滑な側面が安定して得られないという問題があった。
本発明は、希土類珪酸塩単結晶を円柱状に加工する場合に、円柱の軸方向にする結晶方向を選択して側面の円筒研削を行うことにより、割れや剥がれの無い平滑な側面が得られる方法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者らは、希土類珪酸塩単結晶を円筒研削する場合の円柱軸方向結晶方位と側面の割れ発生状況の関係について検討した。その結果、ｃ軸（［００１］軸）からの傾きの角度が１５〜６５°の範囲内の方向を円柱の軸方向にして円筒研削を行うことにより結晶の側面からの割れや剥がれを確実に防止できると共に、底面の割れを防止できることを見だすことによって、本発明は成されたものである。そして、円柱の軸方向は（１００）面に平行であることが好ましい。
【０００５】
【作用】
希土類珪酸塩単結晶を円柱状に加工する場合において、ｃ軸（［００１］軸）からの傾きの角度が０〜６５°の範囲内の方向を円柱の軸方向にして円筒研削を行うことにより結晶の割れや剥がれを防止できる原因は次のように考えられる。希土類珪酸塩単結晶の材料力学特性を調べた結果、希土類珪酸塩単結晶には塑性変形を示す方向があることがわかった。その塑性変形は、単結晶のへき開面（（１００）面）に垂直方向に荷重し［００１］軸方向に引っ張りの応力が作用する場合に発生する。また、へき開割れの破壊靱性値は（０１０）面よりも（００１）−１７°面（［００１］軸を法線方向とする面）の方が約１桁小さく、へき開割れは（０１０）面側からよりも（００１）−１７°面側から発生し易いこともわかった。
希土類珪酸塩単結晶のこれらの材料特性から、円筒研削する場合に［０１０］軸方向を円柱の軸方向にすると、［００１］軸方向が円柱の径方向になるために、へき開面に沿って割れや剥がれが非常に発生し易いと考えられる。そこで、［００１］軸方向が円柱の径方向から［０１０］軸方向あるいは［１００］軸方向にずれるほど側面の割れや剥がれは発生しなくなると考えられるが、実際には一定角度以上ずれることにより割れの発生は防止することができる。すなわち、ｃ軸（［００１］軸）から傾きの角度が０〜６５°の範囲内の方向を円柱の軸方向に選択して円筒研削を行うことによって、側面の割れや剥がれを確実に防止することができた。
また更に、円柱の底面を鏡面研磨する場合には、底面と（００１）−１７°面のなす角が小さい加工方向の時、へき開（（１００）面）割れが発生し易いことから、［００１］軸からの傾きの角度が１５°以上である方向を円柱の軸方向にすることがよい。
へき開面（（１００）面）と円柱の軸方向の関係については、加工後の円柱形試料の外部からの力学的衝撃に対する強度の観点から、円柱の軸方向は（１００）面に平行にするのが最もよい。
【０００６】
珪酸ガドリニウム単結晶以外の、化１の一般式
【化１】
Ｒ₂ ＳｉＯ₅
（但し、ＲはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｓｃから選ばれて成る１種以上の希土類元素）
で示される希土類珪酸塩単結晶についても、結晶の力学特性は同様であり、同様の結果となる。
更に、これらの希土類珪酸塩単結晶にＣｅ等の希土類元素やＣｒ等の鉄属遷移金属をドープした場合も、効果は同様である。
以上の希土類珪酸塩単結晶は、珪酸ガドリニウム単結晶の結晶構造と同じ結晶構造を持ち、その構造は空間群Ｐ２／ｃに属する。
【０００７】
比較例１
セリウム付活珪酸ガドリニウム単結晶（Ｃｅ：Ｇｄ_２ＳｉＯ_５）の場合の例を説明する。φ２０×４０ｍｍ^３の円柱状の試料を加工した。目的とするサイズの試料が十分採取できる大きさの結晶ブロックについて、任意の方向に４０ｍｍの間隔で円柱の２底面側を切り出した。次に、なるべく底面（断面）がφ２０ｍｍの円に近づくよう（多角形）に側面を縦に切り落とした。そして、円筒研削機を用いて側面の加工を行ったところ、円柱の側面（対向する２カ所）に軸方向に割れ及び剥がれが発生した（図３）。そこで、この試料を切断しながら方位を調べた結果、円柱の軸方向はｂ軸（［０１０］軸）からｃ軸（［００１］軸）方向に１０°傾いた方向であった
【０００８】
比較例２
セリウム付活珪酸ガドリニウム単結晶（Ｃｅ：Ｇｄ_２ＳｉＯ_５）の場合の例を説明する。φ２０×４０ｍｍ^３の円柱状の試料を加工した。目的とするサイズの試料が十分採取できる大きさの結晶ブロックについて、Ｘ線カット面検査機を用いて、ｃ軸（［００１］軸）方向を軸方向にして、まず４０ｍｍの間隔で円柱の２底面側を切り出した。次に、なるべく底面（断面）がφ２０ｍｍの円に近づくよう（多角形）に側面を縦に切り落とした。そして、円筒研削機を用いて側面の加工を行い、割れの無い円柱状試料を採取することができた。しかし、その後、円柱の両端面の鏡面研磨を行ったところ、へき開割れが一部に見られた。（図１）。
【０００９】
実施例１
セリウム付活珪酸ガドリニウム単結晶（（Ｃｅ：Ｇｄ_２ＳｉＯ_５）の場合の例を説明する。φ２０×４０ｍｍ^３の円柱状の試料を加工した。目的とするサイズの試料が十分採取できる大きさの結晶ブロックについて、Ｘ線カット面検査機を用いて、ｃ軸（［００１］軸）からｂ軸（［０１０］軸）に４５°ずらして方向を軸方向にして、４０ｍｍの間隔で円柱の２底面側を切り出した。次に、なるべく底面がφ２０ｍｍの円に近づくよう（多角形）に側面を縦に切り落とした。そして、円筒研削機を用いて側面の加工を行い、割れの無い円柱状試料を採取することができた。その後、両端面の鏡面研磨をしたが、割れは発生しなかった（図２）。
【００１０】
【発明の効果】
本発明の加工方法により、確実に割れの無い円柱状試料を採取することができる。また、あらかじめ種結晶（引上軸）の方向を把握していれば、面倒な方位だしをすること無く加工することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例２において加工した結晶の斜視図。
【図２】実施例１において加工した結晶の斜視図。
【図３】比較例１において加工した結晶の斜視図。

Claims

希土類珪酸塩単結晶を円柱状に加工する方法において、ｃ軸（［００１］軸）からの傾きの角度が１５〜６５°の範囲内の方向を円柱の軸方向にして円筒研削を行うことを特徴とする希土類珪酸塩単結晶の加工方法。
さらに円柱の軸方向は（１００）面に平行である請求項１に記載の希土類珪酸塩単結晶の加工方法。