JPH01116601A - スピネル系透光性複合材 - Google Patents
スピネル系透光性複合材Info
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- JPH01116601A JPH01116601A JP62275278A JP27527887A JPH01116601A JP H01116601 A JPH01116601 A JP H01116601A JP 62275278 A JP62275278 A JP 62275278A JP 27527887 A JP27527887 A JP 27527887A JP H01116601 A JPH01116601 A JP H01116601A
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Landscapes
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、レンズ、プリズム、光学窓のような光学部品
等の材料として好適な透光性の複合材に関する。
等の材料として好適な透光性の複合材に関する。
航空機や宇宙船等の高速飛翔体の外面に装着される光学
窓等には、優れた耐久性と共に優れた透光性が要求され
る。又、このような光学窓等には光学系として用いる光
の波長によって、紫外光、可視光、近赤外光、中赤外光
、遠赤外光等を良好に透過する材料が夫々選択されてい
る。
窓等には、優れた耐久性と共に優れた透光性が要求され
る。又、このような光学窓等には光学系として用いる光
の波長によって、紫外光、可視光、近赤外光、中赤外光
、遠赤外光等を良好に透過する材料が夫々選択されてい
る。
従来、中赤外光用の透光性材料としては、単結晶の又は
ホットプレス法により製造した多結晶の弗化カルシウム
（ＣａＦ ）や弗化マグネシウム（ＭｇＦ２）等が用い
られてきた。これらの弗化物系透光性材料は波長３〜６
μｍの中赤外光に対して最高で約９０％（厚さ３間）の
優れた透過率を示す−０しかし、このような弗化物系透
光性材料はヌープ硬度がＯａＦ で約１６０及びＭｇ？
で約４２０程度と低いため、高速飛翔体の光学窓に
用いると大気中に浮遊するダストやヒョウ等の固形粒子
との衝突又は雨滴との高速衝突等により、表面が傷つい
たリ、レインエロージョンと呼ばれる化学的機械的腐食
が発生しやすい欠点があった。
ホットプレス法により製造した多結晶の弗化カルシウム
（ＣａＦ ）や弗化マグネシウム（ＭｇＦ２）等が用い
られてきた。これらの弗化物系透光性材料は波長３〜６
μｍの中赤外光に対して最高で約９０％（厚さ３間）の
優れた透過率を示す−０しかし、このような弗化物系透
光性材料はヌープ硬度がＯａＦ で約１６０及びＭｇ？
で約４２０程度と低いため、高速飛翔体の光学窓に
用いると大気中に浮遊するダストやヒョウ等の固形粒子
との衝突又は雨滴との高速衝突等により、表面が傷つい
たリ、レインエロージョンと呼ばれる化学的機械的腐食
が発生しやすい欠点があった。
その為、新しい中赤外光用透光性材料として多くの材料
が研究開発されているが、なかでもスピネル（ＭｇＡ１
２０４）は有望な材料のひとつである。スピネルはマグ
ネシア（ＭｇＯ）とアルミナ（Ａ１．、Ｏ）よム ３ りなる酸化物であって、ヌープ硬度が１７５０程度と高
く、融点が２０００ Ｃ以上で耐熱性も高い。又、スピ
ネルはホットプレス法、焼結助剤を添加した常圧焼結法
、溶融鋳込み法などにより多結晶体が製造でき、結晶型
が立方晶であるため結晶粒界による光散乱がなく、°透
光性のよい材料が得られや丁い利点がある。
が研究開発されているが、なかでもスピネル（ＭｇＡ１
２０４）は有望な材料のひとつである。スピネルはマグ
ネシア（ＭｇＯ）とアルミナ（Ａ１．、Ｏ）よム ３ りなる酸化物であって、ヌープ硬度が１７５０程度と高
く、融点が２０００ Ｃ以上で耐熱性も高い。又、スピ
ネルはホットプレス法、焼結助剤を添加した常圧焼結法
、溶融鋳込み法などにより多結晶体が製造でき、結晶型
が立方晶であるため結晶粒界による光散乱がなく、°透
光性のよい材料が得られや丁い利点がある。
しかしながら、スピネルの透過率は波長３〜６μｍの中
赤外光に対して最高でも約８５％（厚さ３朋）程度と弗
化物系材料に比べて低くζ従来がらの約９０％以上の透
過率を前提とした光学系の設計の観点からは問題であり
、透過率の向上が強く望まれていた。
赤外光に対して最高でも約８５％（厚さ３朋）程度と弗
化物系材料に比べて低くζ従来がらの約９０％以上の透
過率を前提とした光学系の設計の観点からは問題であり
、透過率の向上が強く望まれていた。
このように、スピネルの透過率が約８５％（厚さ３朋）
程度に留まる原因は主としてスピネル表面での反射損失
によるものと考えられる。スピネルの屈折率は１．６２
（波長４μｍ）であるから、その表面での計算上の反
射率は片面５．６％である。
程度に留まる原因は主としてスピネル表面での反射損失
によるものと考えられる。スピネルの屈折率は１．６２
（波長４μｍ）であるから、その表面での計算上の反
射率は片面５．６％である。
この反射損失をなくし又は低減させるため一般的には反
射防止膜が朋いられるのであるが、各種の反射防止膜の
特性は可視光域では明らかになっているが赤外光域では
殆ど知られておらず、又付着強度などスピネル基材との
関係においてもどのような材料が適当であるか全く知ら
れていなかった。
射防止膜が朋いられるのであるが、各種の反射防止膜の
特性は可視光域では明らかになっているが赤外光域では
殆ど知られておらず、又付着強度などスピネル基材との
関係においてもどのような材料が適当であるか全く知ら
れていなかった。
本発明はかかる従来の事情に鑑み、スピネル基材に最適
な反射防止膜を設けることにより透過率企最高で約９０
％以上に向上させ、同時に硬度が高く耐久性にも優れ、
高速飛翔体の光学窓材料としても好適な、スピネル系透
光性複合材を提供することを目的とするものである。
な反射防止膜を設けることにより透過率企最高で約９０
％以上に向上させ、同時に硬度が高く耐久性にも優れ、
高速飛翔体の光学窓材料としても好適な、スピネル系透
光性複合材を提供することを目的とするものである。
本発明のスピネル系透光性複合材は、透光性のスピネル
基材の少なくとも一表面に弗化マグネシウム被膜を形成
したことを特徴とする。
基材の少なくとも一表面に弗化マグネシウム被膜を形成
したことを特徴とする。
スピネル基材は従来と同様にマグネシア粉末とアルミナ
粉末を用いたホットプレス法や焼結助剤を添加した常圧
焼結法、溶融鋳込み法などにより製造された多結晶体で
あってよい。
粉末を用いたホットプレス法や焼結助剤を添加した常圧
焼結法、溶融鋳込み法などにより製造された多結晶体で
あってよい。
スピネル基材表面に設ける弗化マグネシウム被膜は、真
空蒸着法、スパッタリング法、イオンブレーティング法
等の通常の薄膜形成法により形成Ｔることかできる。
空蒸着法、スパッタリング法、イオンブレーティング法
等の通常の薄膜形成法により形成Ｔることかできる。
弗化マグネシウム（ＭｇＦ）の中赤外光域での屈折率を
プリズム法により波長別に測定した結果、下記Ｔる値が
得られた。
プリズム法により波長別に測定した結果、下記Ｔる値が
得られた。
他方、スピネルの屈折率は前記したように波長４μｍで
１．６２であるから、スピネル基材の反射防止膜の屈折
率は計算上その平方根である１、２７３が望ましい。中
赤外光域においてこの様な小さな屈折率を有する透光性
材料としては、上記のＭｇＦ２の他にＮａＦ、 ＯａＦ
、 ＢａＦ などが考えられる。しかし、ＮａＦ、
ＣａＦ２及びＢａＦ２はいずれも強度、水への溶解度
などの点で望ましくなく、ＮａＦは毒性がある点でも好
ましくない。
１．６２であるから、スピネル基材の反射防止膜の屈折
率は計算上その平方根である１、２７３が望ましい。中
赤外光域においてこの様な小さな屈折率を有する透光性
材料としては、上記のＭｇＦ２の他にＮａＦ、 ＯａＦ
、 ＢａＦ などが考えられる。しかし、ＮａＦ、
ＣａＦ２及びＢａＦ２はいずれも強度、水への溶解度
などの点で望ましくなく、ＮａＦは毒性がある点でも好
ましくない。
然るに、ＭｇＦ２は上記したように中赤外光域における
スピネルの反射防止膜として好ましい屈折率を有するう
え、化学的及び機械的にも良好な特性を具えているので
、ＭｇＦ をスピネル基材表面に被膜形成することに
より、大幅に反射損失を低減して透過率を向上させるこ
とができ、しがも高速飛翔体の如く厳しい使用条件下に
おいても実用でさる透光性複合材が得られる。
スピネルの反射防止膜として好ましい屈折率を有するう
え、化学的及び機械的にも良好な特性を具えているので
、ＭｇＦ をスピネル基材表面に被膜形成することに
より、大幅に反射損失を低減して透過率を向上させるこ
とができ、しがも高速飛翔体の如く厳しい使用条件下に
おいても実用でさる透光性複合材が得られる。
第２図は単層のＭｇＦ 被膜を表面に有Ｔるスピネル
の波長４μｍにおける反射率とＭｇＦ 被膜の膜厚と
の関係を示したものであり、前記の通りスピネル自体の
反射率が５．６％であるにも拘らずＭｇＦ２膜厚の０．
４〜１．１μｍの範囲で３％以下の反射率となること、
及び最適なＭｇＦ 膜厚は０．７４μｍ付近であるこ
とが判る。
の波長４μｍにおける反射率とＭｇＦ 被膜の膜厚と
の関係を示したものであり、前記の通りスピネル自体の
反射率が５．６％であるにも拘らずＭｇＦ２膜厚の０．
４〜１．１μｍの範囲で３％以下の反射率となること、
及び最適なＭｇＦ 膜厚は０．７４μｍ付近であるこ
とが判る。
第３図は膜厚０．７４μｍの単層のＭｇＦ 被膜を有
するスピネルの反射率と波長の関係を示したものであり
、波長３〜６μｍの中赤外光域で３％以下の反射率とな
ること、及び最小反射率は波長４μｍ付近で得られるこ
とが判る。
するスピネルの反射率と波長の関係を示したものであり
、波長３〜６μｍの中赤外光域で３％以下の反射率とな
ること、及び最小反射率は波長４μｍ付近で得られるこ
とが判る。
最小反射率のピークを更に幅広いものとする為に、Ｍｇ
Ｆ２と屈折率の異なる被膜を組合わせた多層被膜にする
ことができ、その場合にＭｇＦ 被膜に組合わせる被
膜としてはＮａｐＸｆ：！ａＦ ％ ＢａＦ ｓ ５ｉ
ｎｓＺｎＳＸＺｎＳｅ、 ＴｂＦ３又はＭｇＯ等が好ま
しい。
Ｆ２と屈折率の異なる被膜を組合わせた多層被膜にする
ことができ、その場合にＭｇＦ 被膜に組合わせる被
膜としてはＮａｐＸｆ：！ａＦ ％ ＢａＦ ｓ ５ｉ
ｎｓＺｎＳＸＺｎＳｅ、 ＴｂＦ３又はＭｇＯ等が好ま
しい。
尚、スピネルは波長０．３μｍの紫外光から、可視光、
更に波長６μｍの中赤外光までの広い領域で、８０％程
度の良好な透過率を示す。従って、中赤外光域以外の波
長領域でもスピネルを光学材料として用いることが可能
であり、その場合にも膜厚を波長に合わせて調節子れば
’ＭｇＦ 被膜がスピネルの透光性の向上に有効である
。
更に波長６μｍの中赤外光までの広い領域で、８０％程
度の良好な透過率を示す。従って、中赤外光域以外の波
長領域でもスピネルを光学材料として用いることが可能
であり、その場合にも膜厚を波長に合わせて調節子れば
’ＭｇＦ 被膜がスピネルの透光性の向上に有効である
。
実施例１
純度９９．９％、粒径約１μｍのＡ４０ 粉末及びＭ
ｇＯ粉末を２Ａ４０ ： ｌＭｇＯのモル比で混合し
、１ｔｏｎ、イ扁２の圧力で静水圧成形し、これを直径
５０門で深さ２０朋のＭｏ容器中に入れ、Ｈθ雰囲気中
で２０５０ Ｃの温度で溶解し、一方向から冷却して凝
固させた。
ｇＯ粉末を２Ａ４０ ： ｌＭｇＯのモル比で混合し
、１ｔｏｎ、イ扁２の圧力で静水圧成形し、これを直径
５０門で深さ２０朋のＭｏ容器中に入れ、Ｈθ雰囲気中
で２０５０ Ｃの温度で溶解し、一方向から冷却して凝
固させた。
この鋳込材から、直径２０酩及び厚さ３朋の光学研磨加
工したスピネル基材を得た。このスピネル基材の赤外分
光透過率を測定したところ、第１図における曲線Ａのチ
ャートが得られた。
工したスピネル基材を得た。このスピネル基材の赤外分
光透過率を測定したところ、第１図における曲線Ａのチ
ャートが得られた。
次に、このスピネル基材を有機溶剤で洗浄した後、真空
蒸着装置中においてＴａボート内で溶融したＭｇＦ
を蒸着させ、膜厚モニターで膜厚を０．７４μｍとした
ＭｇＦ 被膜を一表面上に形成した。更に同じ手順で
他方の表面上にも同じ膜厚のＭｇＦ 被膜を形成した
。得られたスピネル系透光性複合材の赤外分光透過率を
測定したところ、第１図における曲線Ｂのチャートが得
られ、最高のピーク透過率は９６％であった。
蒸着装置中においてＴａボート内で溶融したＭｇＦ
を蒸着させ、膜厚モニターで膜厚を０．７４μｍとした
ＭｇＦ 被膜を一表面上に形成した。更に同じ手順で
他方の表面上にも同じ膜厚のＭｇＦ 被膜を形成した
。得られたスピネル系透光性複合材の赤外分光透過率を
測定したところ、第１図における曲線Ｂのチャートが得
られ、最高のピーク透過率は９６％であった。
実施例２
アルコキシド法により製造した純度９９．９％及び粒径
１μｍの等モル組成（ＩＡ４０ ： １．Ｍｇ０）の
ヌピネル粉末に２重量％のＬｉＦ微粉末を添加し、真空
中で１０００ ｒに加熱した後、１４５０Ｃで１ ｔｏ
ν論の圧力で１時間真空ホットプレスした。得られた焼
結材から、直径２Ｑｍｍ及び厚さ３朋の光学研磨加工し
たスピネル基材を得た。このスピネル基材の赤外分光透
過率分測定したところ、第１図における実施例１の曲線
Ａと同様であるが平均して数％だけ透過率の低いチャー
トが得られた。
１μｍの等モル組成（ＩＡ４０ ： １．Ｍｇ０）の
ヌピネル粉末に２重量％のＬｉＦ微粉末を添加し、真空
中で１０００ ｒに加熱した後、１４５０Ｃで１ ｔｏ
ν論の圧力で１時間真空ホットプレスした。得られた焼
結材から、直径２Ｑｍｍ及び厚さ３朋の光学研磨加工し
たスピネル基材を得た。このスピネル基材の赤外分光透
過率分測定したところ、第１図における実施例１の曲線
Ａと同様であるが平均して数％だけ透過率の低いチャー
トが得られた。
次に、このスピネル基材を有機溶剤で洗浄した後、真空
蒸着装置中において電子ビームで溶融したＭｇＦ を
蒸着源として蒸着させ、膜厚を０．７４μｍのＭｇＦ
被膜を一表面上に形成した。更に同じ手順で他方の表面
上にも同じ膜厚のＭｇＦ 被膜を形成した。得られた
スピネル系透光性複合材の赤外分光透過率を測定したと
ころ、第１図における実施例１の曲線Ｂと同様のチャー
トが得られ、最高のピーク透過率は９４％であった。
蒸着装置中において電子ビームで溶融したＭｇＦ を
蒸着源として蒸着させ、膜厚を０．７４μｍのＭｇＦ
被膜を一表面上に形成した。更に同じ手順で他方の表面
上にも同じ膜厚のＭｇＦ 被膜を形成した。得られた
スピネル系透光性複合材の赤外分光透過率を測定したと
ころ、第１図における実施例１の曲線Ｂと同様のチャー
トが得られ、最高のピーク透過率は９４％であった。
本発明によれば、スピネル基材に反射防止膜としてＭｇ
Ｆ 被膜を設けることにより、透過率を最高で約９０％
以上に向上させ、同時に硬度が高く耐久性にも優れたス
ピネル系透光性複合材を提供することができる。
Ｆ 被膜を設けることにより、透過率を最高で約９０％
以上に向上させ、同時に硬度が高く耐久性にも優れたス
ピネル系透光性複合材を提供することができる。
このスピネル系透光性複合材は、中赤外光を中心に、紫
外光から可視光、近赤外光までの波長範囲で使用される
レンズ、プリズム、光学？ｌの光学部品の材料として有
用であって、特に航空機や宇宙船等の高速飛翔体の外面
に装着される光学窓として使用すれば優れた透光性と同
時に優れた耐久性を示し特に有用である。
外光から可視光、近赤外光までの波長範囲で使用される
レンズ、プリズム、光学？ｌの光学部品の材料として有
用であって、特に航空機や宇宙船等の高速飛翔体の外面
に装着される光学窓として使用すれば優れた透光性と同
時に優れた耐久性を示し特に有用である。
第１図は実施例１において製造したスピネル基たグラフ
である。第２図は単層のＭｇＦ 被膜を表面に有するス
ピネル系透光性複合材の波長４μｍにおける反射率とＭ
ｇＦ 被膜の膜厚との関係を示丁グラフである。第３
図は膜厚０．７４μｍの単層のＭｇＦ 被膜を有する
スピネル系透光性複合材の反射率と波長の関係を示すグ
ラフである。 出願人 住友電気工業株式会社 第１図 波長ＣＰｍ）
である。第２図は単層のＭｇＦ 被膜を表面に有するス
ピネル系透光性複合材の波長４μｍにおける反射率とＭ
ｇＦ 被膜の膜厚との関係を示丁グラフである。第３
図は膜厚０．７４μｍの単層のＭｇＦ 被膜を有する
スピネル系透光性複合材の反射率と波長の関係を示すグ
ラフである。 出願人 住友電気工業株式会社 第１図 波長ＣＰｍ）
Claims (4)
- （１）透光性のスピネル基材の少なくとも一表面に弗化
マグネシウム被膜を形成したことを特徴とするスピネル
系透光性複合材。 - （２）上記弗化マグネシウム被膜の膜厚が０．４〜１．
１μｍであることを特徴とする、特許請求の範囲（１）
項記載のスピネル系透光性複合材。 - （３）透過率のピークが波長３〜６μｍの中赤外光域で
あることを特徴とする、特許請求の範囲（１）項又は（
２）項記載のスピネル系透光性複合材。 - （４）上記弗化マグネシウム被膜を、ＮａＦ、ＣａＦ＿
２、ＢａＦ、ＳｉＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＴｈＦ＿４又
はＭｇＯからなる少なくとも１種の被膜と組合わせて形
成したことを特徴とする、特許請求の範囲（１）〜（３
）項のいずれかに記載のスピネル系透光性複合材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62275278A JPH01116601A (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | スピネル系透光性複合材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62275278A JPH01116601A (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | スピネル系透光性複合材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01116601A true JPH01116601A (ja) | 1989-05-09 |
Family
ID=17553198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62275278A Pending JPH01116601A (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | スピネル系透光性複合材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01116601A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006251805A (ja) * | 2005-03-08 | 2006-09-21 | Schott Ag | マイクロリトグラフィー用光学素子の作製方法、同方法により得られるレンズ系、及び同レンズ系の使用方法 |
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-
1987
- 1987-10-30 JP JP62275278A patent/JPH01116601A/ja active Pending
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