KR20140011376A

KR20140011376A - 투명 세라믹스, 그 제조 방법 및 자기 광학 디바이스

Info

Publication number: KR20140011376A
Application number: KR1020137026789A
Authority: KR
Inventors: 신지 마키카와; 아키라 야하기; 아키오 이케스에
Original assignee: 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2014-01-28
Also published as: CN103502180A; EP2687500B1; TWI609998B; US9470915B2; JP2012206935A; JP5704097B2; TW201300588A; KR101961944B1; EP2687500A1; US20140002900A1; EP2687500A4; WO2012124754A1; DK2687500T3

Abstract

산화테르븀(화학식: Tb₂O₃)을 몰비로 40% 이상과, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물을 주성분으로 하는 세라믹스에 있어서, (1) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정 구조가 입방정 이외의 이상을 포함하지 않고, (2) 평균 결정 입자 직경이 0.5∼100㎛의 범위에 있고, (3) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제를 함유하는 투명 세라믹스. 본 발명에 따른 투명 세라믹스는 기존의 테르븀갈륨가넷 등과 같은 단결정 재료와 동등 또는 그 이상의 성능을 갖는 자기 광학 소자를 제공할 수 있다. 광학 손실, 광학적 균일성에서도, 복굴절 성분이 대단히 적고, 산란도 대단히 적고, 500nm 이상 1.5㎛ 이하의 적외선 영역에서의 광 아이솔레이터에서의 기능 소자를 제공할 수 있다.

Description

투명 세라믹스, 그 제조 방법 및 자기 광학 디바이스{TRANSPARENT CERAMIC, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND MAGNETO-OPTICAL DEVICE}

본 발명은 광 아이솔레이터 등의 자기 광학 디바이스를 구성하는데 사용되는, 자기 광학 디바이스용으로서 유효한 투명 세라믹스 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 패러데이 회전자 및 광 아이솔레이터 등의 자기 광학 디바이스에 관한 것이다.

최근, 레이저 가공기의 진전에 따라, 광과 자기와의 상호작용을 이용한 자기 광학 디바이스가 주목받고 있다. 그 하나로, 아이솔레이터가 있지만, 이것은 레이저광원으로부터 발진한 광이 도중의 광학계에서 반사되어 광원으로 되돌아오면, 레이저광원으로부터 발진한 광을 요란시켜, 불안정한 발진 상태가 되는 현상을 억제하는 것이다. 그 때문에 이 작용을 이용하여, 광 아이솔레이터는 레이저광원과 광학 부품 사이에 배치하여 이용되고 있다.

광 아이솔레이터는 패러데이 회전자와, 패러데이 회전자의 광 입사측에 배치된 편광자와, 패러데이 회전자의 광출사측에 배치된 검광자의 3개의 부품을 갖는다. 광 아이솔레이터는, 패러데이 회전자에 광의 진행방향에 평행하게 자계를 가한 상태에서, 광이 패러데이 회전자에 입사되면, 패러데이 회전자 중에서 편광면이 회전한다고 하는 성질, 소위 패러데이 효과를 이용한다. 즉, 입사광 중에서, 편광자와 동일한 편광면을 갖는 광이 편광자를 통과하여, 패러데이 회전자에 입사된다. 이 광은 패러데이 회전자 중에서, 광의 진행방향에 대하여, 플러스 45도 회전되어, 출사된다.

이에 반해, 입사방향과 역방향으로부터 패러데이 회전자에 입사되는 귀환광(return light)은, 최초에 검광자를 통과할 때에, 검광자와 동일한 편광면을 갖는 성분의 광만이 검광자를 투과하여, 패러데이 회전자에 입사된다. 다음에 패러데이 회전자 중에서, 귀환광의 편광면이 최초의 플러스 45도로부터 플러스 45도 더 회전되기 때문에, 편광자와 플러스 90도의 직각의 편광면으로 되어, 귀환광은 편광자를 투과할 수 없게 된다.

패러데이 회전각 θ는 하기 식 (A)로 표시된다.

θ=V×H×L （A)

식 (A) 중, V는 베르데 상수이고 패러데이 회전자의 재료로 결정되는 상수이며, H는 자속밀도, L은 패러데이 회전자의 길이이다. 광 아이솔레이터로서 사용하는 경우에는, θ=45도가 되도록, L을 결정한다.

상기한 바와 같은 광 아이솔레이터의 패러데이 회전자로서 사용되는 재료에서는, 패러데이 효과가 크고, 또한 그 사용하는 파장에서, 투과율이 높은 것이 중요하다.

또한 입사한 광과 상이한 편광 성분이 출사광 내에 생기면, 이 상이한 편광 성분은 편광자를 투과하므로, 귀환광의 차단이 불충분하게 된다.

이 상이한 편광 성분의 발생 상태의 평가로서는 패러데이 회전자로서 사용할 수 있는 재료에 대하여, 0도∼90도의 편광을 입사하고, 출사광은 편광자를 통하여 수광기에 입사되고, 수광기에서 광의 강도를 측정하고, 최대값(Imax)과 최소값(Imin)으로부터, 소광비(S)를 다음 식으로 계산하여 평가한다.

S = -10 log (Imin/Imax) [단위 dB]

소광비는 큰 것이 중요하며, 일반적으로는 30dB 이상이 요구되고 있다.

최근, 그 재료로서 일본 특개 2010-285299호 공보(특허문헌 1)에서는, 베르데 상수가 큰 소재로서 (Tb_xRe₁ _-x)₂O₃:0.4≤x≤1.0의 산화물 단결정 및 투명 산화물 세라믹스가 개시되어 있다.

또한 일본 특허 제4033451호 공보(특허문헌 2)에서, 일반식 R₂O₃(R: 희토류 원소)으로 표시되는 희토류 산화물은 그 결정구조가 입방정이며 복굴절이 없다. 그 때문에 기공이나 불순물의 편석을 완전히 제거함으로써 투명성이 우수한 소결체를 얻는 것이 가능하다고 기재되어 있다.

또한 일본 특개 평5-330913호 공보(특허문헌 3)에서 개시되어 있는 바와 같이, 기공을 제거하기 위해서는 소결 조제의 첨가가 유효하다. 일본 특허 제2638669호 공보(특허문헌 4)에 있는 바와 같이, 열간 등방가압 성형 공정의 뒤에 재소결을 행하고, 기공을 제거하는 방법도 개시되어 있다. 소결 조제로서 일본 특개 평5-330913호 공보(특허문헌 5) 등에서 개시되어 있는 소결 조제를 하나 또는 복수 가하고, 혼합 성형하고, 하소한 후에, 진공하에서 소결하고, 또한 HIP 처리하여, 제조한다.

그러나, 일본 특개 2010-285299호 공보(특허문헌 6)에서, (Tb_xRe₁ _-x)₂O₃:0.4≤x≤1.0의 투명 산화물 세라믹스는, 기본적으로, 결정구조가 입방정이지만, 소결 조제를 넣음으로써 소결 조제와 주성분이 반응하여, 입방정과는 상이한 상이 결정립 내 또는 입계에 석출됨으로써, 약간 복굴절을 나타내는 경우가 있었다. 그 때문에 소광비가 저하되는 경우가 있었다.

또한 그 석출물은, 1㎛ 이하의 미소한 크기이기 때문에, 레이저광을 조사하면, 그곳에서 레이저광이 산란되고, 산란에 의해, 삽입 손실이 저하되는 경우가 있었다.

또한 세라믹스를 소결할 때에, 주성분인 (Tb_xRe₁ _-x)₂O₃의 조성이나 소결 조제의 농도가 세라믹스의 내부와 외주부에서 편석이 생기고, 세라믹스면 내에 소광비나 삽입 손실의 편차(차이)가 생기고 있었다.

일본 특개 2010-285299호 공보 일본 특허 제4033451호 공보 일본 특개 평5-330913호 공보 일본 특허 제2638669호 공보 일본 특개 평5-330913호 공보 일본 특개 2010-285299호 공보

본 발명의 목적은 파장 1.06㎛ 영역(0.9∼1.1㎛)에서의 베르데 상수가 큰 산화테르븀을 포함하는 희토류 산화물의, 자기 광학 재료에 유효한 투명 세라믹스로서, 면 내에서, 균일하고 투명성이 높고, 산란이 적고, 그 때문에 삽입 손실을 작게 할 수 있고, 또한 소광비를 크게 할 수 있음으로써, 자기 광학 재료의 특성을 향상시키는 것을 가능하게 하는 투명 세라믹스 및 그 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 또 다른 목적은 가공기용 파이버 레이저에 적합하게 사용되는 고품질의 자기 광학 디바이스를 제공하는 것이다.

테르븀 산화물과 희토류(스칸듐, 이트륨, 란탄, 유로퓸, 가돌리늄, 이테르븀, 홀뮴 및 루테튬) 산화물을 주성분으로 하는 세라믹스는 산란이 생기기 쉬워, 삽입손실이 커져, 반대로 소광비가 작아지기 때문에, 광학 특성이 엄격한 요구가 있는 광 아이솔레이터 등의 광학 재료에 응용하는 것이 극히 곤란하다.

이에 반해, 본 발명에서는, (1) 소결성이 우수한 특정 입도 분포를 갖는 출발원료를 사용하고, (2) 소결성이 좋고, 또한 세라믹스의 결정구조를 입방정으로 유지할 수 있는 소결 조제를 사용하고, (3) 최적온도로 진공 소결 또는 산소를 포함하지 않는 비산화성 분위기에서 소결시키고, HIP(Hot Isostatic Press: 열간 등방압 가공)을 행하고, (4) 상기 (3)에서 얻어진 소결체를 가압 소성함으로서써, 산란의 원인이 되는 이상(異相) 석출물 또는 기공을 저감시킴으로써 조성 변동이 적은 광학적으로 균일한, 희토류 산화물을 주성분으로 하는 광학 세라믹스를 제공할 수 있었던 것이다.

즉, 본 발명은 하기의 투명 세라믹스, 그 제조 방법 및 그 투명 세라믹스를 사용한 자기 광학 소자를 제공한다.

[1]

산화테르븀(화학식: Tb₂O₃)을 몰비로 40% 이상과, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물을 주성분으로 하는 세라믹스에 있어서,

(1) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조가 입방정 이외의 이상을 포함하지 않고,

(2) 평균 결정 입자 직경이 0.5∼100㎛의 범위에 있고,

(3) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에 있어서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제를 함유하는 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스.

[2]

소결 조제가 티탄, 지르코늄, 하프늄, 칼슘으로부터 선택되는 원소의 산화물, 불화물 또는 질화물인 [1]에 기재된 투명 세라믹스.

[3]

두께 10mm의 시료의 두께 방향에 있어서,

(1) 파장 1,000nm에서의 직선 투과율이 70% 이상이며,

(2) 파장 600nm에서의 직선 투과율이 55% 이상인

[1] 또는 [2]에 기재된 투명 세라믹스.

[4]

파장 1,065nm에서, 측정면의 90% 이상의 면 내에 있어서의 단면의 반사 손실을 포함하는 삽입 손실이 1.2dB 이하인, [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 투명 세라믹스.

[5]

파장 1,065nm에서, 측정면의 90% 이상의 면 내에 있어서의 소광비가 30dB 이상인, [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 투명 세라믹스.

[6]

두께 10mm에 있어서의 측정면의 90% 이상의 영역에서의 투과파면 측정시의 굴절률 분포가 파장 633nm에서 5×10^-5 이내인 [1]∼[5] 중 어느 하나에 기재된 투명 세라믹스.

[7]

투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,

(1) (a) 산화테르븀,

(b) 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물,

(c) 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제

를 함유하고, 또한 평균 1차 입자 직경이 30∼2,000nm인 각 원료 분말을 분쇄·혼합 처리한 후, 성형함으로써 성형체를 얻는 제 1 공정,

(2) 상기 성형체를 200∼1,000℃에서 비산화성 또는 산화성 분위기하에 하소함으로써 하소체를 얻는 제 2 공정,

(3) 상기 하소체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성함으로써 소성체를 얻는 제 3 공정,

(4) 상기 소성체를 1,400∼1,800℃에서 19∼196MPa의 압력에서 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는 제 4 공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스의 제조 방법.

[8]

투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,

(1) (a) 산화테르븀,

를 함유하고, 또한 평균 1차 입자 직경이 30∼2,000nm인 각 원료 분말을 분쇄·혼합 처리한 후, 200∼1,000℃에서 비산화성 또는 산화성 분위기하에 하소한 분말을 성형함으로써 성형체를 얻는 제 1 공정,

(2) 상기 성형체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성함으로써 소성체를 얻는 제 2 공정,

(3) 상기 소성체를 1,400∼1,800℃에서 19∼196MPa의 압력으로 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는 제 3 공정

[9]

투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,

(1) (d) 테르븀 이온,

(e) 이트륨 이온, 스칸듐 이온 및 란타나이드 희토류 이온으로부터 선택되는 적어도 1종의 희토류 이온

을 포함하는 수용액을 공침, 여과, 하소시킴으로써 미리 평균 1차 입자 직경이 30∼2,000nm인 혼합 분말을 제작하는 제 1 공정으로서, 상기 혼합 분말은 산화테르븀을 몰비로 40% 이상 포함함과 아울러, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 산화물을 포함하는 제 1 공정,

(2) 상기 혼합 분말과, 소결 조제로서 티탄, 지르코늄, 하프늄, 칼슘으로부터 선택되는 원소의 산화물, 불화물 또는 질화물을 분쇄·혼합 처리한 후, 성형함으로써, 성형체를 얻는 제 2 공정,

(3) 상기 성형체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성함으로써 소성체를 얻는 제 3 공정,

(4) 상기 소성체를 1,400∼1,800℃에서 19∼196MPa의 압력으로 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는 제 4 공정

[10]

가압 소성체를 얻은 후, 이것을 산소를 포함하지 않는 분위기하에 1,500∼2,000℃에서 어닐링하는 청구항 [7], [8] 또는 [9]에 기재된 제조 방법.

[11]

[1]∼[6] 중 어느 하나에 기재된 투명 세라믹스를 사용하여 구성되어 있는 자기 광학 디바이스.

[12]

[1]∼[6] 중 어느 하나에 기재된 투명 세라믹스가 패러데이 회전 소자로서 사용되는 자기 광학 디바이스.

[13]

[12]에 기재된 자기 광학 디바이스에 있어서, 패러데이 회전 소자의 전후에 편광 재료를 구비하고 있는, 파장 1,065nm의 파장 영역에서 사용되는 광 아이솔레이터용의 자기 광학 디바이스.

본 발명에 따른 투명 세라믹스는 일본 특개 2010-285299호 공보에서 보고되어 있는 동조성 세라믹스에서는 얻어지지 않았던, 가시∼적외선 영역에서 우수한 광학 특성이 얻어지게 되어, 기존의 테르븀갈륨가넷 등과 같은 단결정 재료와 동등 또는 그 이상의 성능을 갖는 자기 광학 소자를 제공할 수 있다.

또한 광학 손실, 광학적 균일성에서도, 종래의 세라믹스 재료보다도 우수하므로, 복굴절 성분이 대단히 적고, 산란도 대단히 적어, 약 500nm 이상 1.5㎛ 이하의 적외선 영역에서의 광 아이솔레이터에서의 기능 소자를 제공할 수 있다.

도 1은 다결정 투명 희토류 산화물 세라믹스의 제조 방법의 1 예를 도시하는 플로우시트이다.
도 2는 투명 세라믹스의 투과율 측정 프로필이다.
도 3은 아이솔레이터의 개념도이다.

투명 세라믹스

본 발명의 투명 세라믹스는 산화테르븀(화학식: Tb₂O₃)을 몰비로 40% 이상과, 파장 1.065㎛에서 흡수가 1% 이하인 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물을 주성분으로 하는 세라믹스로서,

(2) 평균 결정 입자 직경이 0.5∼100㎛의 범위에 있고,

(3) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에 있어서의 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제를 함유하는

것을 특징으로 한다.

이 경우, (a) 산화테르븀과 (b) 산화물은 그 총합을 몰비로 1(100몰%)로 한 경우, (a) 산화테르븀은 40몰% 이상, 바람직하게는 40∼60몰%이며, 잔부가 (b) 성분인 산화물이다. 실질적으로는 본 발명의 세라믹스는 상기 (a), (b) 성분과 소결 조제로 이루어지는 것이다.

산화테르븀 단체에서는 1,400∼1,600℃ 부근에서 입방정으로부터 단사정으로 상전이 하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 산화테르븀을 포함하는 희토류 산화물의 세라믹스를 소결할 때에, 1,400∼1,600℃에서 행하기 때문에, 반드시, 소결시 혹은 냉각시에 단사정으로부터 입방정으로 상전이를 일으켜 버린다. 따라서, 이 상전이를 하지 않고, 단사정이 일부 남아 버리면, 그 부분이 이상으로서 석출물이 되어, 산란의 원인이 된다. 또한 단사정은, 이방성이 있으므로, 복굴절을 나타내게 된다. 그래서, 단사정으로부터 입방정으로 원활하게 상전이할 수 있는 소결 조제를 첨가하는 것이 좋다. 그 소결 조제로서 티탄, 지르코늄, 하프늄 등의 4A족 원소, 칼슘, 그리고 스칸듐, 이트륨, 파장 1.06㎛ 부근에 흡수가 보이지 않는 란타나이드 원소 등을 사용해도 된다.

우선, 이것들은 파장 1.06㎛ 부근에 흡수가 없다. 또한 4A 원소는 산화이트륨을 소결할 때의 안정화재로서 사용되고 있으므로, 본 발명의 산화테르븀을 포함하는 희토류 산화물에서의 안정화재로서도 유효하다. 칼슘은 이온성이 강하기 때문에, 반응 활성도가 높아, 희토류 산화물에 고용되기 쉽다. 이것들 이외의 원소는 파장 1.06㎛ 부근에 흡수가 보여지는 것, 또는 희토류 산화물과 고용되기 어렵기 때문에, 소결 조제로서 반응하지 않고, 단독으로 석출되어 버리는 것, 또는 활성도가 지나치게 높아, 결정립의 크기를 최적 범위로 할 수 없는 것, 또는 장기간에 있어서, 서서히 수분과 반응하여, 이 세라믹스가 흡습성을 나타내어 실투하는 것 등의 문제를 들 수 있다.

소결 조제로서는 이것들 중에서 티탄, 지르코늄, 하프늄, 칼슘으로부터 선택되는 원소가 바람직하다. 또한, 이들 원소를 소결 조제로서 넣는 경우에는, 산화물이 가장 바람직하지만, 불화물, 질화물, 탄화물이어도 상관없다.

또한 이들 원소를 소결 조제로서 넣는 양은 투명 세라믹스 전체의 0.001∼1질량%, 바람직하게는 0.01∼1질량%가 바람직하다. 이 범위 미만의 경우에는, 소결 조제로서 안정한 효과가 얻어지지 않고, 반대로 이 범위보다 큰 경우에는, 고용할 수 없어, 단독으로 석출되어 버려, 산란의 원인이 된다.

본 발명의 세라믹스는 다결정이다. 그 평균 결정 입자 직경은 통상 0.5∼100㎛의 범위에 있고, 바람직하게는 1∼50㎛의 범위가 바람직하다. 평균 결정 입자 직경이 100㎛를 초과하는 경우에는, 입계부에 불순물이 석출되기 쉽고, 입자 내부나 입계부에 기포가 잔류하기 쉬워, 광산란의 원인이 될 뿐만 아니라, 열기계 특성이 뒤떨어지는 결점이 있다. 또한, 본 발명에서는, 평균 결정 입자 직경은 주사형 전자현미경 또는 광학현미경에 의한 관찰에 의해 임의의 시야에 있어서의 100개의 결정 입자의 장직경의 평균값이다.

본 발명의 세라믹스는 두께 10mm의 시료의 두께 방향에 있어서, (1) 파장 1,000nm에서의 광 투과의 베이스라인에 있어서의 직선 투과율이 70% 이상(바람직하게는 72% 이상)이고, (2) 파장 600nm에서의 광 투과의 베이스라인에 있어서의 직선 투과율이 55% 이상, 바람직하게는 60% 이상(더욱 바람직하게는 65% 이상)인 것이 바람직하다.

상기 (1)의 직선 투과율이 70% 미만인 경우, 또는 상기 (2)의 직선 투과율이 55% 미만인 경우에는, 결정립 또는 입계에서의 광 산란이 대단히 크거나, 또는 결정립에서의 광 흡수가 대단히 커, 본 발명의 용도 등에 사용하는 것은 곤란하다. 또한, 본 발명에 있어서 「베이스라인」이란 파장-투과율의 투과 스펙트럼에서 소결 조제 또는 산화테르븀 등의 희토류 산화물의 흡수가 발현되는 경우에는, 그 흡수가 없는 것으로서, 외부 삽입한 투과 스펙트럼을 나타낸다. 본 발명에서는, 상기의 직선 투과율은 분광분석 장치「스펙트로메타, 상품명 U3500」(히타치세사쿠쇼(주)제)를 사용하고, 표면거칠기 Rms를 1nm 이하로 연마한 직경 6mmφ이고 두께 10mm의 시료를 사용하여, 빔 직경을 1∼3mmφ에서의 크기로, 측정하고 있다.

본 발명의 세라믹스는, 두께 10mm의 시료의 두께 방향에 있어서, (1) 파장 1,065nm에서, 측정면의 90% 이상의 면 내에서, 삽입 손실이 1.2dB 이하, 특히 1dB 이하이며, (2) 파장 1,065nm에서, 측정면의 90% 이상의 면 내에서, 소광비가 30dB 이상인 것이 바람직하다.

상기 (1)의 삽입 손실이 1.2dB을 초과하는 경우, 결정립 또는 입계에서의 광 산란이 대단히 크거나, 또는 결정립에서의 광 흡수가 대단히 커, 본 발명의 용도 등에 사용하는 것은 곤란한 경우가 있다. 상기 (2)의 소광비가 30dB 미만인 경우에는, 결정립 또는 입계에서의 복굴절이 대단히 커, 본 발명의 용도 등에 사용하는 것은 곤란한 경우가 있다.

본 발명에서는, 상기의 삽입 손실은 이 세라믹스를 V 블록에 재치하고, 파장 1.065㎛의 수 mW의 코히어런트 광을 세라믹스에 대하여 수직으로 입사하고, 반도체 수광기에서 광 강도를 측정한다. 이 때, 이 세라믹스를 삽입하지 않는 경우의 광 강도를 베이스로 하고, 그것에 대한 광 강도의 저하를 dB 단위로 표현한 것이다. 또한, 표면거칠기 Rms를 1nm 이하, 표면의 평면도를 λ/4 이하, 양 단면의 평행도를 0.5° 이하로 연마한 직경 6mm이고 두께 10mm의 시료를 사용하고 있다. 또한 측정값은 양 단면의 표면반사를 포함한 것이다.

또한 세라믹스를 재치하고 있는 V 블록은 입사광에 대하여 수직 방향으로 이동할 수 있고, 이것에 의해, 세라믹스의 면 내 분포를 측정하는 것이 가능하다. 따라서 측정면의 90% 이상의 면 내 분포는 V자 블록을 직경의 95% 까지 이동하면서, 각 측정 포인트에서, 측정한 결과이다.

본 발명에서는, 상기의 소광비는 이 세라믹스를 V 블록에 재치하고, 재료에 대하여, 파장 1.065㎛의 수 mW의 0도 및 90도의 편광 코히어런트 광을 입사하고, 출사광을 편광자를 통과시켜 반도체 수광기에서 광의 강도를 측정하고, 최대값(Imax)과 최소값(Imin)으로부터, dB 단위로 표현한 것이다. 또한, 표면거칠기 Rms를 1nm 이하, 표면의 평면도를 λ/4 이하, 양 단면의 평행도를 0.5° 이하로 연마한 직경 6mm이고 두께 10mm의 시료를 사용하고 있다. 또한 세라믹스를 재치하고 있는 V 블록은, 입사광에 대하여, 수직 방향으로 이동할 수 있고, 이것에 의해, 세라믹스의 면 내 분포를 측정하는 것이 가능하다. 따라서 측정면의 90% 이상의 면 내 분포는 V자 블록을 직경의 95%까지 이동하면서, 각 측정 포인트에서, 측정한 결과이다.

또한 두께 10mm에서의 측정면의 90% 이상의 영역에서의 투과파면 측정시의 굴절률 분포가 파장 633nm에서 5×10^-5 이내, 보다 바람직하게는 1×10^-6∼2×10^-5이다. 또한, 굴절률 분포는 후지샤신필름제 광간섭계 G102를 사용하여 파장 633nm에서의 샘플 투과파면을 측정함으로써 구할 수 있다.

투명 세라믹스의 제조 방법

본 발명의 투명 세라믹스는 하기의 제 1∼제 3 중 어느 하나의 방법에 의한 것이 바람직하다.

<제 1 방법> 고상 반응

투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,

(1) (a) 산화테르븀,

(c) 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에 있어서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제

을 포함하는 방법.

<제 2 방법> 고상 반응

투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,

(1) (a) 산화테르븀,

을 포함하는 방법.

<제 3 방법>

투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,

(1) (d) 테르븀 이온,

을 포함하는 수용액을 공침, 여과, 하소시킴으로써, 미리 평균 1차 입자 직경이 30∼2,000nm의 혼합 분말을 제작하는 제 1 공정으로서, 상기 혼합 분말은 산화테르븀을 몰비로 40% 이상 포함함과 아울러, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 산화물을 포함하는 제 1 공정,

을 포함하는 방법.

상기 제 1 및 제 2 방법의 제 1 공정에서는 (a) 산화테르븀, (b) 파장 1.065㎛에서 흡수가 거의 없는(1% 이하의) 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물, (c) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제를 사용하고, 이 경우 또한 평균 1차 입자 직경이 30∼2,000nm, 바람직하게는 100∼2,000nm인 원료분말을 사용하여, 이것들을 분쇄·혼합처리한다. 상기 (a)의 산화테르븀과 (b)의 산화물과의 몰비는, (a)의 산화테르븀이 40몰% 이상, 바람직하게는 40∼60몰%이며, (b)의 산화물은 잔부이다.

산화테르븀은 공지의 제조 방법으로 조제된 것, 또는 시판품을 사용할 수 있지만, 일반적으로는, 화학식 Tb₂O₃이 아니고, Tb₄O₇이 많다. 따라서, Tb₄O₇으로서 원료를 사용하게 되는데, 1,000℃ 이상의 수소를 포함하는 고온 가스 분위기에서 환원 처리하거나, 1,000℃ 이상의 고온 대기 분위기에 보존하고나서 급냉하여, Tb₂O₃로 하고 나서 원료에 사용해도 된다. 산화테르븀의 순도는 99질량% 이상이 바람직하지만, 광학 용도로서 사용하기 위해서는 99.9질량% 이상이 바람직하다.

원료로서 사용하는 파장 1.065㎛에서 흡수가 거의 없는 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 또는 란타나이드 희토류 산화물의 순도도 99질량% 이상이 바람직하지만, 광학 용도로서 사용하기 위해서는, 99.9질량% 이상이 바람직하다.

상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정 구조의 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제로서는 티탄, 지르코늄, 하프늄 등의 4A족 원소, 칼슘, 그리고, 스칸듐, 이트륨, 파장 1.06㎛ 부근에 흡수가 보여지지 않는 란타나이드 원소를 들 수 있고, 특히 티탄, 지르코늄, 하프늄, 칼슘이 바람직하다. 이것들의 고순도의 것을 사용하기 위해서는, 산화물의 형태가 바람직하고, 또한, 순도도 99질량% 이상이 바람직하지만, 광학 용도로서 사용하기 위해서는 99.9질량% 이상이 바람직하다. 또한 이들 원소를 소결 조제로서 넣는 양은 0.001∼1질량%, 바람직하게는 0.01∼1질량%가 바람직하다.

제 1 공정에서 사용하는 원료 분말의 1차 입자 직경은 30∼2,000nm, 바람직하게는 100∼2,000nm로 하고, 특히 200∼1,000nm로 하는 것이 바람직하다. 상기 1차 입자 직경이 30nm 미만인 경우에는, 핸들링이 곤란하며, 예를 들면, 성형이 어렵고, 압분체의 밀도가 낮아, 소결시의 수축율이 커, 크랙이 생기기 쉽다고 하는 문제가 있다. 또한 상기 1차 입자 직경이 2,000nm를 초과하는 경우에는, 원료의 소결성이 부족하여, 고밀도이고 또한 투명한 소결체를 얻기 어렵다. 또한, 이 1차 입자 직경의 측정은 상기 평균 결정 입자 직경의 측정과 동일한 방법에 의해 행할 수 있다.

이들 각 성분을 혼합하는 경우에는, 포트밀 등의 일반적인 혼합·분쇄 매체를 사용함으로써 실시할 수 있다. 분쇄 매체는 부분 안정화 산화지르코늄 볼이 바람직하다. 이것은 지르코니아는 소결 조제로서도 사용할 수 있으므로, 지르코니아 볼로부터의 지르코니아의 혼입을 걱정할 필요가 없기 때문이다.

이 포트밀에, 원료 분말 및 소결 조제 이외에, 필요에 따라, 분산제, 바인더 등의 적어도 어느 하나를 가하고, 또한 용매로서 순수 또는 에탄올 등의 유기 용제를 사용하여, 수 시간∼십여 시간, 혼합을 행하면 된다. 또한, 분산제, 바인더로서는 이 종류의 세라믹스의 제조에 사용할 수 있는 것을 모두 사용할 수 있고, 예를 들면, 폴리아크릴산암모늄, 폴리카르복실산암모늄 등의 분산제, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 폴리비닐알코올 등의 바인더를 상용량 사용할 수 있다.

얻어진 슬러리는 스프레이드라이 장치에 의해, 용매 제거와 조립을 행함으로써 수십 ㎛의 과립을 성형한 후, 제작한 과립을, 소정의 금형에서 1차 성형, CIP(Cold Isostatic Press: 냉간 등방압 가공)법에 의한 2차 성형을 함으로써, 적합하게 성형체를 제작할 수 있다.

여기에서, 제 1 방법에서는, 상기 분쇄·혼합 처리한 후, 성형함으로써 성형체를 얻고, 이 성형체를 200∼1,000℃에서 비산화성 또는 산화성 분위기에서 하소한 후, 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성하여 소성체를 얻는다. 한편, 제 2 방법에서는, 상기 분쇄·혼합 처리한 후, 200∼1,000에서 비산화성 또는 산화성 분위기하에 하소하고, 이 하소 분말을 성형함으로써 성형체를 얻고, 이 성형체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성하여 소성체를 얻는다. 이 경우, 제 1 방법에 의하면, 하소함으로써 성형시에 사용한 바인더를 산화하여 제거할 수 있다고 하는 이점이 있고, 제 2 방법에 의하면, 비산화성 분위기하에서 소성함으로써 산화테르븀의 원자가수 변화를 억제할 수 있는 이점이 있다.

상기 제 1 방법에 있어서, 성형체를 얻는 방법으로서는 금형을 사용하여 프레스 성형하고, 그 후 CIP(냉간 등방압 가압)법을 행함으로써 성형하는 방법을 채용할 수 있다.

제 1 및 제 2 방법에서, 상기 하소는 200∼1,000℃, 보다 바람직하게는 400∼1,000℃, 더욱 바람직하게는 600∼1,000℃에서 행한다. 하소 분위기는 산화성 분위기 또는 비산화성 분위기로 할 수 있고, 산화성 분위기는 대기 중이면 되고, 비산화성 분위기는 진공(예를 들면, 10²Pa∼10^-5Pa), 환원 분위기, 불활성 가스 분위기로 할 수 있다. 하소 시간은 하소 온도에 따라 다르지만, 일반적으로는 60∼180분 정도로 하면 된다.

얻어진 하소 분말의 성형은 상기 제 1 방법에서 설명한 것과 동일한 방법으로 행할 수 있다. 또한 성형체를 소성하는 경우, 상기 성형체를, 1,400∼1,800℃, 바람직하게는 1,400∼1,600℃에서 소성함으로써 소성체를 얻는다. 소성 분위기는 산화테르븀 Tb₄O₇이 Tb₂O₃로 변화되는 분위기이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 진공 중, 환원 분위기 중, 불활성 가스 분위기 중 등의 어느 것이어도 된다. 또한 진공 중에 실시하는 경우에는 10²Pa∼10^-5Pa의 조건하로 할 수 있다. 소성 시간은 소성 온도에 따라 다르지만, 일반적으로는 30∼480분 정도 하면 된다. 이 공정에서는 소성체의 상대 밀도를 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

이어서, 상기 제 1 및 제 2 방법에서는, 얻어진 소성체를 1,400∼1,800℃에서 비산화성 분위기하에서 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는다. 가압 소성하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, HP(Hot Press)법, HIP(Hot Isostatic Press)법 등의 어느 것이어도 된다. 특히, 본 발명에서는, 압력이 균일하게 걸림으로써 변형이 생기기 어려운 HIP법을 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들면, 압력 매체로서 아르곤 가스를 사용하고, 압력은 19∼196MPa의 범위 내에서, 1∼10시간, 특히 1∼5시간, 1,400∼1,800℃에서 가압 소성함으로써, 투명한 세라믹스를 얻을 수 있다.

제 3 방법은 테르븀 이온과, 이트륨 이온, 스칸듐 이온 및 란타나이드 희토류 이온으로부터 선택되는 희토류 이온을 탄산수소염의 수용액을 암모니아에 의해 침전시키는 방법으로 공심시키고, 이것을 여과한 후, 얻어진 공침물을 상기 제 2 방법에서 설명한 것과 동일한 방법으로 하소시키고, 산화테르븀과, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 산화물을 포함하는 하소 혼합 분말을 얻는다. 이 경우, 혼합 분말은, 산화테르븀을 몰비로 40% 이상 포함하는 것이 필요하므로, 상기 수용액 중의 테르븀 이온은 이러한 몰비가 얻어지도록 조정, 함유시킨다. 또한 상기 혼합 분말의 평균 1차 입자 직경은 30∼2,000nm, 바람직하게는 30∼1,000nm, 특히 30∼800nm인 것이 바람직하다.

이어서, 얻어진 혼합 분말을, 소결 조제로서 티탄, 지르코늄, 하프늄, 칼슘으로부터 선택되는 원소의 산화물, 불화물 또는 질화물을 분쇄·혼합 처리한 후, 1,400∼1,700℃, 보다 바람직하게는 1,400∼1,600℃에서 비산화성 분위기하에 제 1 및 제 2 방법과 동일하게 소성하여, 소성체를 얻고, 또한 제 1 및 제 2 방법과 동일하게 하여 가압 소성체를 얻는 것이다.

본 발명에서는, 필요에 따라 하기의 공정을 더욱 실시하는 것이 바람직하다. 즉, 상기에서 얻어진 가압 소성체를, 산소를 포함하지 않는 분위기하에 1,500∼2,000℃에서 어닐링 한다. 이하 어닐링 공정이라고 한다.

가압 소성체를 얻는 공정을 거친 단계에서, 산화테르븀을 포함하는 세라믹스에서는, 하나는 테르븀의 원자가수가 모두 3가로 되어 있지 않고, 또한 그것에 수반된 결정 결함이 생겼을 가능성이 있고, 그것들이 원인이 되어 광 흡수를 일으켜 버리는 것을 생각할 수 있다. 또 하나는, 산화테르븀 단체에서는, 1,400∼1,600℃ 부근에서 입방정으로부터 단사정으로 상전이 하는 것으로 알려져 있다. 이 때문에, 소결시, 혹은 냉각시에, 단사정으로부터 입방정으로 상전이를 일으키지만, 이 상전이를 하지 않고, 단사정이 일부 남아버리면, 그 부분이 이상으로서 석출물이 되어, 산란의 원인이 된다.

따라서, 이것들의 과제를 해결하기 위하여, 가압 소성체를, 산소를 포함하지 않는 분위기하에, 1,500∼2,000℃에서 어닐링 함으로써, 테르븀의 원자가수를 모두 3가로 하고, 어닐링 공정에서, 단사정으로부터 입방정으로 모두 상전이 시킨다. 어닐링 공정의 조건으로서, 어닐링 분위기는 산소를 포함하지 않는 분위기하이면 무엇이어도 되고, 예를 들면, 진공 중, 환원 분위기 중, 불활성 가스 분위기 중 등의 어느 것이어도 된다. 또한 진공 중에 실시하는 경우에는, 10²Pa∼10^-5Pa의 조건하로 할 수 있다. 어닐링 온도는 1,500∼2,000℃이지만, 바람직하게는 1,500∼1,800℃가 바람직하다. 또 어니링 시간은 어닐링 온도에 따라 다르지만, 일반적으로는 2∼100시간, 바람직하게는 10∼80시간이 바람직하다. 어닐링 후의 냉각시간은 크랙이 생기지 않는 시간이면 되고, 일반적으로는 2∼100시간, 바람직하게는 2∼50시간이 바람직하다.

이렇게 하여 얻어진 투명 세라믹스는 세라믹스 외주부에, 하소 공정, 소성 공정, 가압 소성 공정, 어닐링 공정에서, 가열한 히터로부터, 히터 재료인 카본, 텅스텐이나, 단열 재료인 알루미늄, 규소, 칼슘 등이 부착되고, 불순물로서 작용하고, 투명 세라믹스를 실투시키므로, 두께 방향의 양 단면을 화학적 에칭, 기계 연삭 또는 연마함으로써, 제거할 필요가 있다.

화학 에칭은 산성 수용액이면, 염산, 질산, 황산, 인산 등의 무기산이어도, 말산, 시트르산 등의 유기산이어도 된다. 예를 들면, 염산의 경우에는, 60℃ 이상 가열하고, 외주면을 수백 ㎛ 에칭 제거할 수 있다.

기계 연삭의 경우, 외주면이면, 센터리스 연삭 장치이어도, 원통 연삭 장치이어도 되고, 양 단면이면, 평면 연삭 장치를 사용하여, 수백㎛∼수mm를 깎아도 된다.

연마라면, 다이어 슬러리, SiC 슬러리 등을 사용하여 조연마하고나서, 콜로이달 실리카 등의 정밀연마를 행하여, 수백㎛∼수mm를 연마해도 된다.

이들 화학 에칭, 기계 연삭 또는 연마를 함으로써 광학 특성이 우수한 광학 소자를 형성할 수 있다.

자기 광학 재료

본 발명의 산화물, 산화물 단결정 및 세라믹스는 자기 광학 재료 용도에 적합하다. 특히, 본 발명의 산화물, 산화물 단결정 및 세라믹스는 파장 0.9∼1.1㎛, 특히 파장 1,065nm의 광 아이솔레이터의 패러데이 회전자로서 적합하게 사용된다.

도 3은 패러데이 회전자를 광학 소자로서 갖는 광 디바이스인, 광 아이솔레이터의 1 예를 도시하는 단면 모식도이다.

도 3에 있어서, 광 아이솔레이터(300)는 패러데이 회전자(310)를 구비하고, 이 패러데이 회전자(310)의 전후에는 편광 재료인 편광자(320) 및 검광자(330)가 구비되어 있다. 또한 광 아이솔레이터(300)는 편광자(320)-패러데이 회전자(310)-검광자(330)가 광축(312) 위에 이 순으로 배치되고, 그것들의 측면 중 적어도 1면에 자석(340)이 재치되고, 자석(340)은 하우징(350)의 내부에 수납되어 있는 것이 바람직하다.

또한 상기 아이솔레이터는 가공기용 파이버 레이저에 적합하게 사용된다. 즉, 레이저 소자로부터 출사된 레이저광의 반사광이 소자로 되돌아와, 발진이 불안정하게 되는 것을 방지하는데 적합하다.

(실시예)

이하, 실시예 및 비교예를 제시하여 본 발명을 더욱 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1∼63 및 비교예 1∼15]

도 1에 도시된 방법에 따라, 표 1∼7(실시예) 및 표 8∼9(비교예)에 나타낸 원료 및 조건에서, 산화테르븀을 포함하는 희토류 산화물 투명 세라믹스를 각각 제조했다. 또한, 실시예 1∼9는 어닐링을 실시하지 않았다.

각 원료 분말에 대하여, 소결 조제를 소정량 첨가하고, 또한 분산제 및 바인더로서 에틸셀룰로오스와 폴리비닐알코올을 유효량 첨가한 후, 이것들을 포트밀로 혼합함으로써 혼합물을 얻었다. 이어서, 상기 혼합물을 스프레이드라이 함으로써, 입경 수십 ㎛의 과립을 얻었다. 상기 과립을 사용하고, 1차성형으로서 금형 성형을 행한 후, 2차성형으로서 CIP를 행함으로써 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체를 대기 중 200∼1,000℃로 하소한 후, 소정의 분위기 중 1,600∼1,800℃에서 소성(본소성)했다. 또한 얻어진 소성체를 HIP 처리를 행하고, 필요에 따라 어닐링 처리함으로써, 본 발명의 세라믹스(사이즈: 직경 6mmφ, 길이 10mm)를 얻었다. 얻어진 세라믹스의 물성을 각 표에 각각 나타낸다.

표 1∼표 9 중에 나타낸 "소결 후의 결정구조"는 광학현미경으로 관찰한 석출물을 EBSD 또는 TEM-XRD로 분석하여, 입방정뿐인지, 그것 이외의 상을 검출할 수 있었는지를 나타내고 있다.

표 1∼9에 나타낸 투과율 측정에서는, 샘플 두께를 10mm로 하고, 양면을 광학 연마하여 측정을 행했다. 삽입 손실에 대해서는, 마찬가지로 샘플 두께를 10mm로 하고, 양면을 광학 연마하여 측정을 행했다. 이 때 무반사 코트를 행하지 않았기 때문에, 반사 손실을 포함한다. 소광비에 대해서는, 마찬가지로 샘플 두께를 10mm로 하여 양면을 광학 연마하고, 편광 상태의 유무로, 측정을 행했다.

가압 소결 및 어닐링 후의 샘플 치수는 직경 6mmφ, 길이 12mm로 하고, 외주 가공, 단면 가공에 대해서는, 외주를 2mm 가공하고, 또한 양 단면을 1mm씩 가공하고, 마무리 치수를, 직경 4mmφ, 길이 10mm가 되도록, 연삭, 연마, 에칭 등으로 가공했다.

본 발명에 의하면, 평균 입자 직경, 특정 파장의 투과율, 삽입 손실, 소광비를 규정한 산화테르븀을 포함하는 산화물을 제작함으로써 가공기용 파이버 레이저에 사용하는 광 아이솔레이터의 고품질화를 제공할 수 있게 되었다.

또한, 도 2는, 사용 파장인 633nm와 1,065nm를 포함한 측정 파장과 투과율의 관계에 대하여, 「투명 세라믹의 투과율 측정 프로필」을 도시한 것이다. 각각의 곡선은 실시예 1 및 실시예 11의 투과율을 파장과의 관계에서 플롯한 것으로, 모두 사용 파장인 633nm와 1,065nm를 포함한 측정 파장 500∼1,500nm 사이에서는 50% 이상의 투과율을 나타내고 있고, 본 발명에서 지정한 파장 600nm 및 1,000nm에서는 투과율이 각각 55% 이상 및 70% 이상에 달하고 있는 것을 확인할 수 있다.

300 광 아이솔레이터
310 패러데이 회전자
312 광축
320 편광자
330 검광자
340 자석
350 하우징

Claims

산화테르븀(화학식: Tb₂O₃)을 몰비로 40% 이상과, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물을 주성분으로 하는 세라믹스에 있어서,
(1) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정 구조가 입방정 이외의 이상을 포함하지 않고,
(2) 평균 결정 입자 직경이 0.5∼100㎛의 범위에 있고,
(3) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제를 함유하는 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스.
제 1 항에 있어서, 소결 조제가 티탄, 지르코늄, 하프늄, 칼슘으로부터 선택되는 원소의 산화물, 불화물 또는 질화물인 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
두께 10mm의 시료의 두께 방향에서,
(1) 파장 1,000nm에서의 직선 투과율이 70% 이상이고,
(2) 파장 600nm에서의 직선 투과율이 55% 이상인 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
파장 1,065nm에서, 측정면의 90% 이상의 면 내에서의 단면의 반사 손실을 포함하는 삽입 손실이 1.2dB 이하인 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
파장 1,065nm에서, 측정면의 90% 이상의 면 내에서의 소광비가 30dB 이상인 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
두께 10mm에서의 측정면의 90% 이상의 영역에서의 투과파면 측정시의 굴절률 분포가 파장 633nm에서 5×10^-5 이내인 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스.
투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,
(1) (a) 산화테르븀,
(b) 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물,
(c) 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제를 함유하고, 또한 평균 1차 입자 직경이 30∼2,000nm인 각 원료 분말을 분쇄·혼합 처리한 후, 성형함으로써, 성형체를 얻는 제 1 공정,
(2) 상기 성형체를 200∼1,000℃에서 비산화성 또는 산화성 분위기하에 하소함으로써 하소체를 얻는 제 2 공정,
(3) 상기 하소체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성함으로써 소성체를 얻는 제 3 공정,
(4) 상기 소성체를 1,400∼1,800℃에서 19∼196MPa의 압력으로 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는 제 4 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스의 제조 방법.
투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,
(1) (a) 산화테르븀,
(b) 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물,
(c) 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제를 함유하고, 또한 평균 1차 입자 직경이 30∼2,000nm인 각 원료 분말을 분쇄·혼합 처리한 후, 200∼1,000℃에서 비산화성 또는 산화성 분위기하에 하소한 분말을 성형함으로써 성형체를 얻는 제 1 공정,
(2) 상기 성형체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성함으로써 소성체를 얻는 제 2 공정,
(3) 상기 소성체를 1,400∼1,800℃에서 19∼196MPa의 압력으로 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는 제 3 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스의 제조 방법.
투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,
(1) (d) 테르븀 이온,
(e) 이트륨 이온, 스칸듐 이온 및 란타나이드 희토류 이온으로부터 선택되는 적어도 1종의 희토류 이온을 포함하는 수용액을 공침, 여과, 하소시킴으로써, 미리 평균 1차 입자 직경이 30∼2,000nm의 혼합 분말을 제작하는 제 1 공정으로서, 상기 혼합 분말은 산화테르븀을 몰비로 40% 이상 포함함과 아울러, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 산화물을 포함하는 제 1 공정,
(2) 상기 혼합 분말과, 소결 조제로서 티탄, 지르코늄, 하프늄, 칼슘으로부터 선택되는 원소의 산화물, 불화물 또는 질화물을 분쇄·혼합 처리한 후, 성형함으로써, 성형체를 얻는 제 2 공정,
(3) 상기 성형체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성함으로써 소성체를 얻는 제 3 공정,
(4) 상기 소성체를 1,400∼1,800℃에서 19∼196MPa의 압력으로 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는 제 4 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스의 제조 방법.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 가압 소성체를 얻은 후, 이것을 산소를 포함하지 않는 분위기하에 1,500∼2,000℃에서 어닐링하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 투명 세라믹스를 사용하여 구성되어 있는 자기 광학 디바이스.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 투명 세라믹스가 패러데이 회전 소자로서 사용되는 자기 광학 디바이스.
제 12 항에 기재된 자기 광학 디바이스에서, 패러데이 회전 소자의 전후에 편광 재료를 구비하고 있는 파장 1,065nm의 파장 영역에서 사용되는 광 아이솔레이터용의 자기 광학 디바이스.