JPH01145601A - 酸化イツトリウム系透光性複合材 - Google Patents

酸化イツトリウム系透光性複合材

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JPH01145601A
JPH01145601A JP87305174A JP30517487A JPH01145601A JP H01145601 A JPH01145601 A JP H01145601A JP 87305174 A JP87305174 A JP 87305174A JP 30517487 A JP30517487 A JP 30517487A JP H01145601 A JPH01145601 A JP H01145601A
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JP
Japan
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yttrium oxide
composite material
film
transmittance
light transparent
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JP87305174A
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English (en)
Inventor
Kenichiro Shibata
柴田 憲一郎
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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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。

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。
〔従来の技術〕
龜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。
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
(OaF )や弗化マグネシウム(MgF )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3μm
〜6μmの中赤外光に対して最高で約90%(厚さ3m
)の優れた透過率を示す。
しかし、この様な弗化物系透光性材料はヌープ硬度がC
aFで約160程度及びMgF2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、表面が傷ついたり、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丁い欠点があっ
た。
その為、波長3〜6μm帯での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
も酸化イツトリウム(YO)は有望な材料のひとつであ
る。酸化イツトリウムはイツトリアとも呼ばれ、ヌープ
硬度が800程度と高いうえ、融点が2000 C以上
で耐熱性も高い。又、酸化イツトリウムはホットプレス
法、焼結助剤として酸化ランタン等を添加した常圧焼結
法等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、酸化イツトリウムの透過率は波長3μm
〜6μmの中赤外光に対して最高でも約80%(厚さ3
 was )程度と弗化物系材料に比べて低く、従来か
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。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このように酸化イツトリウムの透過率が約80%(厚さ
3tIm)程度に留まる原因は主として酸化イツトリウ
ム表面での反射損失によるものと考えられる。酸化イツ
トリウムの屈折率は1.91であるから、その表面での
計算上の反射率は片面9.8%となる。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用い
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・酸化イツ) IJウム基材との
関係においてもどのような材料が適当であるが全く知ら
れていなかった。
本発明はかかる従来の事情に鑑み、酸化イツトリウム基
材に最適な反射防止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、高速飛翔体の光学窓材料としても好適な、酸化
イツ) IJウム系透光性複合材を提供することを目的
とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の酸化イツトリウム系透光性複合材は、透光性の
酸化イツトリウム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。
酸化イツトリウム基材は従来と同様にホットプレス法や
焼結助剤を添加した常圧焼結法などにより製造された多
結晶体であってよい。
酸化イツ) IJウム基材の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すること
ができる。
〔作用〕
弗化マグネシウム(Mgl’ )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、下記する
値が得られた。
他方、酸化イツトリウムの屈折率は前記したように1.
91であるから、酸化イツトリウム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、38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MgF のほかにNaF、 O
aF 、 BaF  などが考えら2        
        2  l  2れる。しかし、NaF
s OaF及びBaF  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、MgF  は上記した様に中赤外光域における
酸化イツトリウム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、MgIP  を酸化イツトリラム基材表面に被
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、しか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きる透光性複合材が得ら
れる。
第2図は波長4μmの反射率が最小になるように形成し
た単層のMgl1vC膜を表面に有する酸化イツ) 9
ラム系透光性複合材の反射率とMgF  被膜の膜厚と
の関係を示したものであり、前記の通り酸化イツトリウ
ム自体の反射率が9.8%であるにも拘らずMgF 膜
厚が0.4〜1.1/1m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
する酸化イツ) IJウム系透光性複合材の反射率と波
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、ものにする為に、M
gF  と屈折率の異なる被膜を組合せ゛た多層被膜に
することができ、その場合にMg1F 被膜に組合せる
被膜としてはNILF% OaF 、 Bar 、 5
iO1ZnS、 Zn5es ThF  又はMgO等
が好ましい。
尚、酸化イツトリウムは波長0.3μmの紫外光から、
可視光、更に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、中赤外域以外の波長領域で
も酸化イツ) IJウム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整子
ればMgF  被膜が酸化イツトリウムの透光性の向上
に有効である。
〔実施例〕
実施例1 純度99.9%で平均粒径約2μmのYO粉末と、純度
99.9%で粒径約3μmのLa O粉末をYO:Da
 Oのモル比0.9:0.1で硝酸に溶解し、シュつ酸
で共沈させた。これを水洗、乾燥、篩分けした後、10
00Cで1時間仮焼し、得られた粉末をゴム型に入れて
2 ton/f)Iの圧力で静水圧成形し、直径30闘
の成形体を得た。この成形体を水素雰囲気中において2
200Cで24時間焼結し、厚さ3龍に光学研磨して酸
化イツ) IJウム基材を得た。
この酸化イツ) +7ウム基材の赤外分光透過率3測定
したところ第1図における曲線Aのチャートを得た。
次に、この酸化イツトリウム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M
gl?  を蒸着させ、膜厚モニターで膜厚を0.74
μmに制御した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 
 被膜な形成した。得られた酸化イツトリウム系透光性
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9
5%であった。
実施例2 7.117フキシドの加水分解法により得られたM度9
9.9%で粒径1μmのYO粉末を、内面にBN粉末を
怜布した高純度グラファイト型(内径3Qms)に入れ
、真空中において500臀惺の圧力と2100Cの温度
で3時間ホットプレスした。得られた焼結体から直径2
Q+us及び厚さ3闘の光学研磨加工した酸化イツトリ
ウム基材を得た。この酸化イツトリウム基材の赤外分光
透過率を測定したところ、第1図における実施例1の曲
線Aと同様であるが平均数%だけ透過率の低いチャート
が得られた。
次に、この酸化イツトリウム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7:M
gF:E蒸着源として蒸着させ、膜厚が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 2
被膜を形成した。得られた酸化イツトリウム系透光性複
合材の赤外分光透過率を測定した結果、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93%であった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、酸化イツ) IJウム基材に反射防止
膜としてMgF  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
性にも優れた酸化イツ) IJウム系透光性複合材を提
供することができる。
この酸化イツトリウム系透光性複合材は、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、光学窓等の光学部品の材料
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丁れば優れた透
光性と同時に優れた耐久性を示し特に有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1において製造した酸化イツトリウム基
材(A)と、この両表面にMgF  被膜を形成した酸
化イツ) IJウム系透光性複合材(B)の夫々の赤外
分光透過率を示したグラフである。第2図は波長4μm
の反射率が最小になるように形成した単層のMgIF 
 被膜を表面に有する酸化イツ) IJウム系透光性複
合材の反射率とMg1F  被膜の膜厚の関係を示すグ
ラフである。第3図は膜厚0.74μmの単層のMgF
  被膜を五する酸化イツ) IJウム系透光性複合材
の反射率と波長の関係を示Tグラフである。 第1図 波長(P□) の       〜       、−0叱逼冊弓く

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)透光性の酸化イットリウム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
    酸化イットリウム系透光性複合材。
  2. (2)弗化マグネシウム被膜の膜厚が0.4〜1.1μ
    mであることを特徴とする、特許請求の範囲(1)項記
    載の酸化イットリウム系透光性複合材。
  3. (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)項記載の酸化イットリウム系透光性複合材。
  4. (4)弗化マグネシウム被膜をNaF、CaF_2、B
    aF_2、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酸化イットリウム系透光性複合材
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