JPH0232238B2 - Gadoriniumutetsugaanetsutotanketsushonoseizohoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、ガドリニウム鉄ガーネツト単結晶
のフローテイングゾーン法による製造方法に関す
るものである。

（従来の技術） ガドリニウム鉄ガーネツト単結晶は磁気光学材
料として大きなフアラデー効果を有し、光アイソ
レーター、光スイツチ等に応用されている。

これ等に供する単結晶は専ら融剤を用いたフラ
ツクス法で製造されているが、この方法では結晶
育成に長時間を要し、融剤を不純物として結晶中
に取り込み易いという欠点を有していた。

一方、原料棒と種結晶の間に浮遊溶融帯を形成
させ、該浮遊溶融帯を原料棒方向に移動させるこ
とにより種結晶に単結晶を析出させる、所謂フロ
ーテイングゾーン法は比較的短時間に良質な単結
晶が得られる方法として注目されているが、最近
このフロイングゾーン法でガドリニウム鉄ガーネ
ツト単結晶を育成したという実験結果が報告され
ている（Journal of Crystal Growth 52 498
〜504 1981）。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、この報告による実験では、例えば50気
圧の高酸素圧の下でガドリニウム鉄ガーネツト
（Gd₃Fe₅O₁₂）単結晶の育成を行なつているが、
このような高酸素圧の下における単結晶の製造は
実際のガドリニウム鉄ガーネツト単結晶の製造法
としては厳し過ぎて適しない。

また、Gd₃Fe₅O₁₂の原料棒と種結晶の間に
Gd₃Fe₅O₁₂と同じ組成の融帯部、即ちGd₃O₃と
Fe₂O₃がモル比にして3.0対5.0の混合物からなる
融帯部を配置し、この融帯部を加熱して浮遊溶融
帯を作り、これをGd₃Fe₅O₁₂原料棒方向に移動さ
せる通常のフローテイングゾーン法を行なつて
も、上記融帯部は1560℃付近での加熱でGdFeO₃
と液相に分解溶融してしまうため、Gd₃Fe₅O₁₂単
結晶は育成されない。

（問題点を解決するための手段） この発明は、上記実情に鑑み、Gd₂O₃−Fe₂O₃
の正確な相平衡図を作成し（第１図）、これに基
づき実際のガドリニウム鉄ガーネツト単結晶製造
に適したフローテイングゾーン法を研究した結果
開発したもので、具体的には原料棒と種結晶の間
に設ける溶媒を酸化ガドリニウム（Gd₂O₃）が
18.0から21.9モル％、酸化第二鉄（Fe₂O₃）が82.0
から78.1モル％の組成で配合した混合物で構成す
るとともに、該溶媒を1450℃から1510℃に加熱し
て浮遊溶融帯を形成し、該浮遊溶融帯を原料棒方
向に移動させることにより種結晶に単結晶を析出
させるようにしたことを特徴とするガドリニウム
鉄ガーネツト単結晶の製造方法を提案するもので
ある。

この発明において使用する原料棒は、例えば酸
化ガドリニウム（Gd₂O₃）と酸化第二鉄
（Fe₂O₃）の3.0対5.0〜3.1対5.0のモル比の混合物
を使用することができる。

なお、Gd₃Fe₅O₁₂単結晶のガドリニウム原子及
び鉄原子の位置に何等かの異種元素が少量混入し
ても、その相平衡図が定性的に第１図のGd₂O₃−
Fe₂O₃系の相平衡図と本質的に変らない場合には
原料棒中に少量の異種元素を混入することにより
上記と全く同じ方法によつて異種元素を混入した
ガドリニウム鉄ガーネツト固溶体単結晶を製造す
ることも可能である。

（作用） 先ず、この発明の原理について述べると、第１
図は示差熱分析と加熱急冷法とその試料をＸ線回
折した結果とフローテイングゾーン法によつて結
晶成長した結果から作図したGd₂O₃−Fe₂O₃系の
相平衡図である。

第１図から明らかなように、Gd₃Fe₅O₁₂単結晶
は、液相線ABの組成比、即ちGd₂O₃が14.0から
22.0モル％、Fe₂O₃が86.0から78.0モル％の範囲の
組成の溶液から析出すると考えられる。

この発明においてはフローテイングゾーン法に
おいてGd₃Fe₅O₁₂結晶成分を多く含む溶液組成か
らの結晶育成ほど有利になることを考慮して
Gd₃Fe₅O₁₂原料棒と種結晶の間に設けられた溶媒
の成分組成をGd₂O₃が18.0から21.9モル％、
Fe₂O₃が82.0から78.1モル％にし、該溶媒を1450
〜1510℃で加熱溶融し、上記溶融組成を安定に保
ちながら原料棒の方向に移動させ、種結晶に
Gd₃Fe₅O₁₂単結晶を成長させるものである。

（実施例） 次ぎに、この発明の一実施例を説明する。

Gd₂O₃とFe₂O₃をモル比にして3.0対5.0に混合
した粉末を1150℃で２時間焼成し、その粉末を加
圧成形器で直径10mm、長さ10mmの円柱棒状にして
1400℃で２時間均質に焼成してGd₃Fe₅O₁₂原料棒
とする。

同様に、Gd₂O₃を20モル％、Fe₂O₃を80モル％
の組成に混合した粉末を1150℃で２時間焼成した
後、上記同様に直径10mmの円柱棒状に成形し、
1400℃で２時間均質に焼成して溶媒とする。

しかる後、この円柱棒状の溶媒を径方向に切断
し、1.2〜1.5ｇの円板にしてGd₃Fe₅O₁₂原料棒に
融着する。

このようにしてGd₃Fe₅O₁₂原料棒の先端に溶媒
を融着した円柱棒状試料を、赤外線加熱方式を採
用したフローテイングゾーン法単結晶製造装置の
上部試料回転軸に固定し、同様に下部回転軸に種
結晶を固定する。なお、この場合種結晶と溶媒を
付けたGd₃Fe₅O₁₂の原料棒が回転軸に対して偏心
しないように設定する。

そして、赤外線を使用して上記溶媒を加熱溶解
した後に種結晶を溶媒に接触させ、液体の表面張
力により原料棒と種結晶の間に溶媒を接触させ
る。

しかる後に原料棒と種結晶とをお互いに反対方
向に、30rpmで回転させる。

更に、この溶けた溶媒を１〜２mm／hrの速度で
原料棒方向、即ち上方に移動させて種結晶に
Gd₃Fe₅O₁₂単結晶を育成させる。

なお、この育成は大気圧下に行なつてもGd₂O₃
等の蒸散は微量であり、問題はなかつた。

原料棒がほぼ消費された時に育成した単結晶と
原料棒とを切り離して室温まで冷却した。この結
果、直径８mm、長さ45mmの円柱棒状のGd₃Fe₅O₁₂
単結晶が得られた。

（発明の効果） 以上要するに、この発明によれば従来使用され
ていたフラツクス法に比較して短時間に良質な
Gd₃Fe₅O₁₂単結晶を製造することができ、また任
意の結晶軸方向にGd₃Fe₅O₁₂単結晶の製造をする
ことができる。

更に、高圧の酸素下でなくても大気圧中で十分
に良質なGd₃Fe₅O₁₂単結晶を製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願発明者の作成したGd₂O₃−
Fe₂O₃系の相平衡図を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原料棒と種結晶の間に溶媒を設け、この溶媒
   を加熱し、溶融させて原料棒方向に移動させるこ
   とにより種結晶に単結晶を析出させる方法におい
   て、Gd₃Fe₅O₁₂の原料棒と種結晶の間に設ける溶
   媒を酸化ガドリニウム（Gd₂O₃）が18.0から21.9
   モル％、酸化第二鉄（Fe₂O₃）が82.0から78.1モ
   ル％の組成で配合した混合物で構成するととも
   に、該溶媒を1450℃から1510℃に加熱して浮遊溶
   融帯を形成し、該浮遊溶融帯を原料棒方向に移動
   させることにより種結晶に単結晶を析出させるよ
   うにしたことを特徴とするガドリニウム鉄ガーネ
   ツト単結晶の製造方法。 ２ 原料棒として少量の異種元素を混入した
   Gd₃Fe₅O₁₂の原料棒を使用する特許請求の範囲第
   １項記載の方法。