TWI658027B - 透明陶瓷之製造方法及透明陶瓷、磁性光學裝置以及燒結用稀土類氧化物粉末 - Google Patents

透明陶瓷之製造方法及透明陶瓷、磁性光學裝置以及燒結用稀土類氧化物粉末 Download PDF

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Abstract

本發明係於包含(a)鋱離子、(b)由釔離子、鈧離子及鑭稀土類離子(排除鋱離子)所選出的至少1種之其他的稀土類離子、(c)由第2族元素及第4族元素所選出的至少1種之元素的離子之水溶液中，使(a)~(c)成分共沉，將該共沉物進行過濾、加熱脫水，而製作包含：由氧化鋱與由釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類元素(排除鋱)之氧化物所選出的至少1種之其他的稀土類氧化物所構成之稀土類氧化物，與由第2族元素及第4族元素所選出的至少1個元素之氧化物所構成之燒結助劑的原料粉末，使用此原料粉末來提昇結晶組織的均勻性，而製作插入損失小之包含氧化鋱的稀土類氧化物之透明陶瓷。

Description

透明陶瓷之製造方法及透明陶瓷、磁性光學裝置以及燒結用稀土類氧化物粉末
本發明係關於一種作為構成光隔離器等之磁性光學裝置的材料所使用之磁性光學裝置用透明陶瓷之製造方法及透明陶瓷。又，本發明係關於一種法拉第轉子及光隔離器等之磁性光學裝置以及燒結用稀土類氧化物粉末。
近年來，伴隨著雷射加工機的進展，利用光與磁性之相互作用的磁性光學裝置係備受矚目。於其中1個具有隔離器，但其係用來在來自雷射光源所發振的光被途中之光學系統反射而返回光源時，干擾來自雷射光源所發振的光，來抑制成為不安定的發振狀態之現象者。因此，利用此作用，光隔離器係配置於雷射光源與光學零件之間來利用。
光隔離器係具有：法拉第轉子、配置於法拉第轉子之光入射側的偏光鏡、以及配置於法拉第轉子之光射出側的分析器之3個零件。光隔離器係利用所謂的法拉 第效果，該效果係在以對於法拉第轉子與光的行進方向平行地施加磁場的狀態使光入射至法拉第轉子時，在法拉第轉子之中偏光面會進行旋轉的性質。亦即，在入射光當中，具有與偏光鏡相同之偏光面的光會通過偏光鏡，而入射至法拉第轉子。此光係在法拉第轉子之中，相對於光的行進方向為正45度旋轉被射出。
相對於此，從與入射方向相反方向入射至法拉第轉子的返回光係在最初通過分析器時，僅具有與分析器相同的偏光面之成分的光會通過分析器，而入射至法拉第轉子。接著，由於在法拉第轉子之中，返回光之偏光面會從最初的正45度進一步旋轉正45度，因此成為與偏光鏡呈正90度之直角的偏光面，返回光係變得無法透過偏光鏡。
法拉第旋轉角θ係以下述式(A)所表示。
θ=V×H×L (A)
式(A)中，V為伐得常數(Verdet constant)且由法拉第轉子之材料所決定的常數，H為磁通密度，L為法拉第轉子的長度。於作為光隔離器使用的情況中係以成為θ=45度的方式來決定L。
於作為如上述般之光隔離器的法拉第轉子所使用之材料中，重要的是法拉第效果大，且於其使用之波長中，透過率為高。
進而，若於射出光內產生與入射的光不同之偏光成分，則由於此不同之偏光成分會透過偏光鏡，因此使返回 光之遮斷變得不充分。
作為此不同的偏光成分之發生狀態的評估係對於作為法拉第轉子所使用的材料入射0~90度之偏光，使其之射出光通過偏光鏡而入射至受光器，利用受光器測定光的強度，依據最大值(Imax)與最小值(Imin)，以下述式計算消光比(S)來進行評估。
S=-10log(Imin/Imax) [單位dB]
消光比係以較大者為重要，一般而言係要求30dB以上。
近年來，該材料方面，於日本特開2010-285299號公報(專利文獻1)中，係揭示出(TbxRe1-x)2O3：0.4≦x≦1.0之氧化物單晶及透明氧化物陶瓷作為伐得常數大的原料。
又，於日本專利第4033451號公報(專利文獻2)中，以一般式R2O3(R：稀土類元素)所表示的稀土類氧化物係該結晶結構為立方晶而無雙折射。因此，記載有能夠藉由將氣孔或雜質之偏析完全地去除而得到透明性優異的燒結體。
又，如日本特開平5-330913號公報(專利文獻3)所示般，為了去除氣孔係以燒結助劑之添加為有效。又，如日本專利第2638669號公報(專利文獻4)般，揭示出在熱均壓成形步驟之後進行再燒結，來去除氣孔的方法。在作為燒結助劑而添加一或複數之專利文獻3等所揭示的燒結助劑，進行混合、成形、煅燒之後，在真 空下進行燒結，進一步進行HIP(Hot Isostatic Pressing)處理，而製造。
但，於專利文獻1中，(TbxRe1-x)2O3：0.4≦x≦1.0之透明氧化物陶瓷雖基本上結晶結構為立方晶，但藉由添加燒結助劑，燒結助劑與主成分會進行反應，使與立方晶不同的相析出於結晶粒內或粒界，藉此而顯示些許雙折射，因此，造成消光比降低。
又，由於該析出物為1μm以下之微小的尺寸，因此若照射雷射光，則會因此使雷射光散射，並因此散射而造成插入損失降低。
又，當將陶瓷進行燒結時，作為主成分之(TbxRe1-x)2O3的組成或燒結助劑的濃度會在陶瓷的內部或外周部產生偏析，而在陶瓷面內產生消光比或插入損失之參差。
進而，於日本特開2012-206935號公報(專利文獻5)中係記載一種由以莫耳比計為包含40%以上之氧化鋱(化學式：Tb2O3)，且於波長1,064nm中幾乎無吸收的釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類氧化物之至少1種的氧化物的化合物所構成之陶瓷，其係藉由(1)使用具有燒結性優異的特定之粒度分布的起始原料，(2)使用燒結性優異，且能夠將陶瓷之結晶結構維持為立方晶的燒結助劑，(3)以最適溫度進行真空燒結或者在不含氧之環境 下進行燒結，來進行HIP處理，(4)將上述所得之燒結體在不含氧之環境下進行熱處理，而減低成為散射之原因的異相析出物或氣孔，藉此而得到將組成變動少之光學性均勻的稀土類氧化物作為主成分之光學陶瓷，且插入損失1.0dB以下者。
近年來，雷射加工機之輸出係從10W成為更高輸出，而得到從20W至數百W者。此時，由於高功率之雷射光會通過作為雷射加工機之構成零件的隔離器之法拉第光學材料，因此即使插入損失為1.0dB左右，通過後之雷射輸出的降低亦無法忽視。進而，若所照射的光被法拉第光學材料所吸收，則光吸收產生的部分與其周邊部分之密度及折射率會產生變化。也就是說，由於若如雷射光般地強度大的光被照射到法拉第光學材料，則在法拉第光學材料之中容易積存熱的中心部與熱被放射的外側會發生溫度分布，雷射光所通過的部分之折射率會比周邊部分之折射率產生更大的變化，因此引起透鏡作用。藉此，本來必須平行地射出之雷射光會聚焦。將此稱為熱透鏡，成為使雷射光安定地發振之不安定的要素。
又，由於若於光學材料具有成為光吸收原因之缺陷，則被該缺陷所吸收的光會變換成熱，因此造成此熱透鏡變得更大的課題。
因此，為了減低此熱透鏡，必須進一步減緩成為光吸收之原因的缺陷。該缺陷係可列舉：異相析出 物、進入粒界或粒內的氣孔、氧缺陷，或者離子缺陷等。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-285299號公報
[專利文獻2]日本專利第4033451號公報
[專利文獻3]日本特開平5-330913號公報
[專利文獻4]日本專利第2638669號公報
[專利文獻5]日本特開2012-206935號公報
如以上所述般，由於將氧化鋱與其他的稀土類元素(鈧、釔、鑭、銪、釓、鐿、銩、鈥及鎦)之氧化物作為主成分之陶瓷係容易產生散射，而使插入損失變大，相反地消光比會變小，因此雖有進行改善其的努力，但要應用於光學性要求特性變得更為嚴苛的光隔離器等之光學材料一事係極為困難。
本發明係鑑於上述情事而完成者，其目的為提供針對在波長1.06μm域(1,064±40nm)之伐得常數為大的包含氧化鋱之稀土類氧化物的透明陶瓷，於面內為均勻且透明性高，散射少，因此可使插入損失更縮小的透明陶瓷之製造方法及透明陶瓷、伴隨著加工機用光纖雷射之 高輸出化，其所適合使用的高品質之磁性光學裝置以及燒結用稀土類氧化物粉末。
本發明係為了達成上述目的，而提供下述之透明陶瓷之製造方法及透明陶瓷、磁性光學裝置以及燒結用稀土類氧化物粉末。
[1]一種透明陶瓷之製造方法，其係將氧化鋱(化學式：Tb2O3)與由釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類元素(排除鋱)之氧化物所選出的至少1種之其他的稀土類氧化物作為主成分之透明陶瓷之製造方法，其特徵為，於包含(a)鋱離子、(b)由釔離子、鈧離子及鑭稀土類離子(排除鋱離子)所選出的至少1種之其他的稀土類離子、(c)由第2族元素及第4族元素所選出的至少1種之元素的離子之水溶液中，使(a)、(b)、(c)成分共沉，將該共沉物進行過濾、加熱脫水，而製作包含：由氧化鋱與由釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類元素(排除鋱)之氧化物所選出的至少1種之其他的稀土類氧化物所構成，且以莫耳比率計氧化鋱為40莫耳%以上，其他的稀土類氧化物為剩餘部分之稀土類氧化物、與由第2族元素及第4族元素所選出的至少1個元素之氧化物所構成之燒結助劑的原料粉末，使用此原料粉末來將成形體成形，之後，將該成形體進行燒成，接著進行加壓燒成。
[2]如[1]之透明陶瓷之製造方法，其中，上述原料粉 末係相對於稀土類氧化物100質量份而言，包含超過0.5質量份、5質量份以下之燒結助劑。
[3]如[1]或[2]之透明陶瓷之製造方法，其中，上述(c)成分係由鈦離子、鋯離子、鉿離子、鈣離子及鎂離子所選出的至少1種之離子。
[4]如[1]~[3]中任一項之透明陶瓷之製造方法，其中，進一步將加壓燒成後的成形體在不含氧之環境下以1500~2000℃進行熱處理。
[5]如[1]~[4]中任一項之透明陶瓷之製造方法，其中，於上述燒成前，將成形體進行煅燒。
[6]一種透明陶瓷，其係以如[1]~[5]中任一項之透明陶瓷之製造方法所製造，其包含：由氧化鋱(化學式：Tb2O3)與由釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類元素(排除鋱)之氧化物所選出的至少1種之其他的稀土類氧化物所構成，且以莫耳比率計氧化鋱為40莫耳%以上，其他的稀土類氧化物為剩餘部分之稀土類氧化物、與由第2族元素及第4族元素所選出的至少1個元素之氧化物所構成之燒結助劑。
[7]如[6]之透明陶瓷，其中，上述燒結助劑之含量，相對於稀土類氧化物100質量份而言，為超過0.5質量份、5質量份以下。
[8]如[6]或[7]之透明陶瓷，其中，上述燒結助劑係由鈦、鋯、鉿、鈣及鎂所選出的至少1種的元素之氧化物。
[9]如[6]~[8]中任一項之透明陶瓷，其中，於厚度 10mm之試料的厚度方向上，於測定面的90%以上之內面的包含端面之反射損失的波長1,064nm之插入損失為0.97dB以下。
[10]一種磁性光學裝置，其係使用如[6]~[9]中任一項之透明陶瓷所構成。
[11]一種磁性光學裝置，其係使用如[6]~[9]中任一項之透明陶瓷作為法拉第轉子。
[12]如[11]之磁性光學裝置，其係在法拉第轉子的前後具備偏光材料，且在1,064±40nm之波長域中使用的光隔離器用之磁性光學裝置。
[13]一種燒結用稀土類氧化物粉末，其係於包含(a)鋱離子、(b)由釔離子、鈧離子及鑭稀土類離子(排除鋱離子)所選出的至少1種之其他的稀土類離子、(c)由第2族元素及第4族元素所選出的至少1種之元素的離子之水溶液中，使(a)、(b)、(c)成分共沉，將該共沉物進行過濾、加熱脫水所得之包含：由氧化鋱與由釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類元素(排除鋱)之氧化物所選出的至少1種之其他的稀土類氧化物所構成，且以莫耳比率計氧化鋱為40莫耳%以上，其他的稀土類氧化物為剩餘部分之稀土類氧化物、與由第2族元素及第4族元素所選出的至少1個元素之氧化物所構成之燒結助劑。
依據本發明，能夠相較於日本特開2012- 206935號公報(專利文獻5)等所報告之以往的製造方法而更改善透明陶瓷之光學特性。尤其，藉由將燒結助劑設為特定的含量而可提供利用以往之製造方法所無法得到之在可見光~紅外線區域顯示優異的光學特性，且具有與如既有之鋱鎵石榴石等般的單晶材料同等或其以上之性能的透明陶瓷。又，由於於光學損耗、光學均勻性方面亦比以往之陶瓷材料更為優異，因此可提供適合作為雙折射成分為非常少，散射亦非常少之在波長1.06μm域(1,064±40nm)之光隔離器用的磁性光學裝置者。
100‧‧‧光隔離器
110‧‧‧法拉第轉子
112‧‧‧光軸
120‧‧‧偏光鏡
130‧‧‧分析器
140‧‧‧磁鐵
150‧‧‧框體
[第1圖]係顯示光隔離器的概略構造之剖面圖。
[第2圖]係顯示針對實施例及比較例之試料觀察結晶組織後的結果之圖，(a)為實施例1-3的結果，(b)為比較例1A-3的結果。
以下，針對本發明之具體的實施形態進行說明。
[透明陶瓷之製造方法]
本發明之透明陶瓷之製造方法係將氧化鋱(化學式：Tb2O3)與由釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類元素(排除 鋱)之氧化物所選出的至少1種之其他的稀土類氧化物作為主成分之透明陶瓷之製造方法，其特徵為，具有以下步驟：(1)於包含(a)鋱離子、(b)由釔離子、鈧離子及鑭稀土類離子(排除鋱離子)所選出的至少1種之其他的稀土類離子、(c)由第2族元素及第4族元素所選出的至少1種之元素的離子之水溶液中，使(a)、(b)、(c)成分共沉，將該共沉物進行過濾、加熱脫水(及燒成)，而製作包含：由氧化鋱與由釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類元素(排除鋱)之氧化物所選出的至少1種之其他的稀土類氧化物所構成，且以莫耳比率計氧化鋱為40莫耳%以上，其他的稀土類氧化物為剩餘部分之稀土類氧化物、與由第2族元素及第4族元素所選出的至少1個元素之氧化物所構成之燒結助劑的原料粉末(燒結用稀土類氧化物粉末)之第1步驟；(2)將上述原料粉末成形而得到成形體之第2步驟；(3)將上述成形體煅燒而得到煅燒體之第3步驟；(4)將上述煅燒體在非氧化性環境下進行燒成而得到燒成體之第4步驟；(5)將上述燒成體加壓燒成而得到加壓燒成體之第5步驟。
(第1步驟)
在第1步驟中係使用包含：(a)鋱離子、與(b)於波長1.064μm中幾乎無吸收之由釔離子、鈧離子及鑭稀土類離子(排除鋱離子)之至少1種的其他稀土類離子、以及(c)成為氧化物且成為於氧化鋱系之陶瓷的結晶結構中抑制立方晶以外之異相的析出之燒結助劑之由第2族元素及第4族元素所選出的至少1種之元素的離子，例如：由鈦離子、鋯離子、鉿離子、鈣離子、鎂離子所選出的至少1種之離子之水溶液，藉由所謂的共沉法來使(a)~(c)成分共沉，而製作包含：由氧化鋱與由釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類元素(排除鋱)之氧化物所選出的至少1種之其他的稀土類氧化物所構成，且以莫耳比率計氧化鋱為40莫耳%以上，其他的稀土類氧化物為剩餘部分之稀土類氧化物、與由第2族元素及第4族元素所選出的至少1個元素之氧化物所構成之燒結助劑的原料粉末(燒結用稀土類氧化物粉末)。將此製作方法稱為3成分共沉法。
作為此3成分共沉法，例如，可以使上述(a)、(b)、(c)成分包含於酸性水溶液，例如5N硝酸水溶液中的方式來將特定的原材料進行溶解，於此水溶液中添加氨等之鹼水溶液，使上述(a)、(b)、(c)成分作為氫氧化物進行沉澱(共沉)，並將其加以過濾，之後，將所得到的氫氧化物加熱至500℃以上進行脫水， 而製作氧化物原料粉末。生成沉澱的方法並不限於添加鹼水溶液的方法，只要上述(a)、(b)、(c)成分在沉澱生成時不會不均勻即可。例如，在(a)、(b)、(c)成分溶解後的酸性水溶液中添加草酸，作為草酸鹽而沉澱的方法、添加碳酸氫銨或碳酸銨等之包含碳酸離子的鹽，作為碳酸鹽而沉澱的方法亦可適當利用。又，作為用以得到更安定的粒子形狀之粉末的較佳之處理係可列舉：於包含3成分之離子的酸性水溶液中滴下氨水等之鹼水溶液而製作氫氧化物，之後，滴下碳酸氫銨水溶液等之包含碳酸離子的鹽，暫時從氫氧化物置換成碳酸鹽並使其熟成，然後，再度滴下氨水再置換成氫氧化物的方法。藉此粒子不會凝聚，而以安定的粒子形狀進行沉澱。
在此，作為(a)成分用之原材料，只要是較佳為純度99質量%以上，更佳為純度99.9質量%以上之氧化鋱粉末(Tb2O3)或同程度之純度的Tb4O7粉末，或者，溶解於酸性水溶液，不形成錯離子，而成為鋱離子，則可為鋱之氟化物或氮化物等之其他的化合物之粉末。此時，由於雜質離子會在反應或者燒成時造成影響，因此更佳為氧化鋱粉末。
作為(b)成分用之原材料，以由純度99質量%以上，更佳為純度99.9質量%以上之釔、鈧及鑭稀土類(排除鋱)所選出的至少1種之稀土類氧化物粉末為佳。或者，只要為溶解於酸性水溶液，不形成錯離子，而成為該等之稀土類離子者，則亦可為該等之稀土類元素之 氟化物或氮化物等之其他的化合物之粉末。此時，由於雜質離子會在反應或者燒成時造成影響，因此更佳為氧化釔、鈧及鑭稀土類粉末。
作為(c)成分用之原材料，以由純度99質量%以上，更佳為純度99.9質量%以上之第2族元素及第4族元素所選出的至少1種之元素的氧化物粉末為佳。
針對該等之原材料，分別秤量對應於最終製作之透明陶瓷的組成之量，並溶解於酸性水溶液中。亦即，首先，分別進行秤量以使(a)成分用之原材料與(b)成分用之原材料作為稀土類氧化物而成為特定的莫耳比，接著，以相對於作為該等之稀土類氧化物的合計質量而言，作為氧化物而成為特定量之方式來秤量(c)成分用之原材料。另外，在(a)、(b)、(c)成分用之原材料皆為氧化物而全部完全地溶解於酸性水溶液的情況中，作為原材料所秤量的量之比率會成為直接以3成分共沉法所得之原料粉末的質量比(質量份)。
作為上述所秤量的(a)、(b)、(c)成分用之原材料的溶解係可在將該等原材料混合之後，將此混合粉末溶解於酸性水溶液中，亦可將各原材料依序進行溶解。
所使用之酸性水溶液係只要不與上述3成分用之原材料形成錯離子地進行溶解，並成為包含(a)~(c)成分之離子者則無特別限制，可列舉例如：5N之硝酸水溶液、硫酸水溶液、鹽酸水溶液等。此時，較佳為將 3成分用之原材料分別全部溶解之酸性水溶液，更佳為硝酸溶液。若使用硝酸溶液，則燒成後之無機鹽的殘留量為少。
沉澱劑係只要為添加於包含3成分之離子的酸性水溶液來使3成分之離子全部共沉，並能夠藉由水洗、過濾而從共沉物中去除者則無特別限制，可列舉例如：氨水(NH4OH)、草酸((COOH)2)、碳酸氫銨(NH4HCO3)、碳酸銨((NH4)2CO3)等。其中，為了使雜質離子極度減少，更佳為氨水。
利用以上的方法所得之氧化物原料係包含：由(A)氧化鋱、(B)於波長1.064μm中幾乎無吸收之由釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類氧化物(排除氧化鋱)所選出之至少1種的其他稀土類氧化物所構成，且以莫耳比率計氧化鋱為40莫耳%以上，其他的稀土類氧化物為剩餘部分之稀土類氧化物、與(C)由第2族元素及第4族元素所選出的至少1個元素之氧化物所構成之燒結助劑的原料粉末。
於此原料粉末本身，雖在粒形狀、配向性等之物理面上，並未觀察到與以往之粉末有較大的差異，但其特徵在於，即使以燒結進行之反應為微級亦可均勻地進行。對於使用以往之粉末來進行了真空燒結、HIP(Hot Isostatic Press)等的透明陶瓷觀察電子顯微鏡之反射電子影像時，於結晶粒上殘留白色斑點(第2圖(b))。反射電子影像係能夠藉由原子序的大小觀察反射強度的差 異，原子序重的元素係可看見白色。因此，上述之白色的斑點係顯示原子序重的元素在反應後亦以微級偏析而殘留。另一方面，在本發明之原料粉末的情況中，由於未觀察到白色斑點，因此顯示即使微級亦可均勻地反應(第2圖(a))。
所製作之原料粉末的純度雖較佳為99質量%以上，但為了作為光學用途來使用係更佳為99.9質量%以上，再更佳為99.99質量%以上。
於此情況中，(A)氧化鋱與(B)其他的稀土類氧化物係指將其總和設為以莫耳比計為1(100莫耳%)，(A)氧化鋱為40莫耳%以上，較佳為40~60莫耳%，剩餘部分為(B)其他的稀土類氧化物。實際上，上述氧化物原料粉末係由上述(A)、(B)成分與(C)成分之燒結助劑所構成者。
包含(A)及(B)成分作為主成分係意味著(A)、(B)成分之氧化物的合計為含有原料粉末的50質量%以上。此(A)、(B)成分之氧化物的合計含量係較佳為80質量%以上，更佳為90質量%以上，再更佳為95質量%以上。
(C)燒結助劑係由第2族元素及第4族元素所選出的至少1種之元素的氧化物。
在此，作為燒結助劑係較佳為於氧化鋱系之陶瓷的結晶結構中對立方晶以外之異相的析出進行抑制者。亦即，一般而言於氧化鋱單質中，係在1400~1600 ℃附近從立方晶相轉換成單斜晶。因而，在將包含氧化鋱之稀土類氧化物的陶瓷進行燒結時，由於加熱至1400~1600℃，因此無論是在燒結時或冷卻時皆會產生從單斜晶相轉換成立方晶。因而，若不進行此相轉換，導致單斜晶一部分殘留，則該部分會成為異相之析出物，而成為散射的原因。又，單斜晶係由於具有異向性，因此顯示雙折射。因此，較佳為添加能夠從單斜晶順利地相轉換成立方晶的燒結助劑。作為如此之燒結助劑係可列舉：鈦、鋯、鉿等之第4族元素的氧化物、鎂、鈣等之第2族元素的氧化物。又，亦可同時使用第4族元素與第2族元素之氧化物。該等之氧化物係在波長1.06μm附近無吸收，而適於本發明之透明陶瓷。又，第4族元素之氧化物雖已知作為在將釔進行燒結時之安定化材，但於本發明之透明陶瓷中亦作為安定化材而為有效。另外，鎂、鈣等之第2族元素係由於離子性強，因此反應活性度高，而容易固溶於稀土類氧化物。
另一方面，於上述以外之元素中，係在波長1.06μm附近觀察到吸收、由於難以固溶於稀土類氧化物，因此作為燒結助劑並不會進行反應，而單獨析出、活性度過高而結晶粒的大小並非為最適範圍、或者長期間漸漸地與水分進行反應，因而有陶瓷會顯示吸濕性而失透等之問題，而不適合作為本發明之燒結助劑。
於上述原料粉末中，較佳為相對於(A)、(B)成分合計之稀土類氧化物100質量份而言，為含有 超過0.5質量份、5質量份以下，更佳為含有0.8質量份以上、5質量份以下，特佳為1質量份以上、4.8質量份以下之(C)成分之不析出氧化鋱系之陶瓷的結晶結構之立方晶以外的異相之燒結助劑，例如鈦、鋯、鉿等之第4族元素的氧化物及/或鎂、鈣等之第2族元素的氧化物。若超出上述範圍則作為透明陶瓷，於厚度10mm之試料的厚度方向上，於測定面的90%以上之內面的包含端面之反射損失的波長1,064nm之插入損失會成為超過0.97dB等，恐有不滿足作為磁性光學裝置用之材料的要求特性。亦即，若為0.5質量份以下則有不能得到作為燒結助劑為安定的效果之情況，在超過5質量份時恐有無法固溶而導致單獨析出，成為散射的原因之虞。
另外，可將第4元素之氧化物單獨，或者將第2族元素之氧化物單獨作為燒結助劑來利用，亦可同時含有該等第4族元素氧化物與第2族元素氧化物。由於第4族元素為4價離子，第2族元素為2價離子，因此能夠藉由將該等同時添加來以補償離子總量的價數之所謂的電荷補償之形態進行摻雜，而抑制離子缺陷。
第1步驟所使用之原料粉末的一次粒徑係較佳為100~2000nm，更佳係設為200~1000nm。於上述一次粒徑為未達100nm的情況中係操作為困難，例如，恐有難以成型，壓粉體之密度低，燒結時之收縮率大，容易造成裂縫之虞。又，於上述一次粒徑為超過2000nm的情況中係有原料之燒結性缺乏，而難以得到高密度且透明的 燒結體之情況。另外，此一次粒徑的測定係藉由以掃描型電子顯微鏡或光學顯微鏡所進行之觀察，於任意之視野中之100個一次粒子的長度之平均值。
(第2步驟)
接著，於所得到的原料粉末(共沉原料)中，為了使粒徑一致，而因應需要來添加聚丙烯酸銨、聚羧酸銨等之分散劑、甲基纖維素、聚乙烯醇等之黏合劑等至少任一者，進而使用純水或乙醇等作為溶劑，進行數~10數小時，球磨機等之一般的混合粉碎。
所得到的漿體係藉由噴霧式乾燥裝置進行溶劑去除與造粒，藉此使數十μm之顆粒成型後，藉由將製作出的顆粒利用特定的模具進行一次成型、以CIP(Cold Isostatic Press：冷均壓)所致之二次成型，而可適當地製作成形體。
(第3步驟)
在第3步驟中，在去除所添加之有機成分(分散劑與黏合劑)的目的下，藉由將上述成形體以400~1000℃進行煅燒而得到煅燒體。煅燒環境，一般係只要為大氣中，或者氧化性環境即可。煅燒時間雖依據煅燒溫度而異，但一般而言只要設為60~180分鐘左右即可。在本步驟中係期望使煅燒體之相對密度成為50%以上。
(第4步驟)
在第4步驟中，藉由將上述煅燒體以較佳為1400~1800℃，更佳為1400~1600℃進行燒成而得到燒成體。燒成環境係只要為將氧化鋱之Tb4O7變化成Tb2O3的環境，亦即非氧化性環境則無特別限定，可為例如真空(102Pa~10-5Pa)中、還原環境中、惰性氣體環境中等之任一者。另外，在真空中實施燒成的情況係可設為102Pa~10-5Pa之減壓條件下。燒成時間雖依據燒成溫度而異，但一般而言只要設為30~480分鐘左右即可。在本步驟中係期望使燒成體之相對密度成為90%以上。
(第5步驟)
在第5步驟中，藉由將上述燒成體以較佳為1400~1800℃，更佳為1400~1600℃進行燒成而得到加壓燒成體。進行加壓燒成的方法並無特別限定，例如可為HP(Hot Press)法、HIP(Hot Isostatic Press)法等之任一者。尤其，於本發明中係可適合使用藉由均勻地施加壓力而不易造成變形的HIP法。例如，藉由使用氬氣作為壓力介質，在壓力為19~196MPa之範圍內，以1小時以上、1400~1800℃進行加壓燒成，而可得到透明的陶瓷(加壓透明燒成體)。
(其他的步驟(第6步驟))
於本發明中，亦可因應需要，而進一步將上述所得到 的加壓燒成體在非氧化性環境(不含氧的環境)下以1500~2000℃進行熱處理(稱為退火步驟)。
由於以上述方式所得到的透明陶瓷，係在第3步驟之煅燒步驟、第4步驟之燒成步驟、第5步驟之加壓燒成步驟、第6步驟之退火步驟中，來自加熱加熱器之作為加熱材料的碳或鎢、作為隔熱材料的鋁、矽、鈣等會作為雜質而附著於陶瓷外周部，使透明陶瓷失透，因此必須藉由化學性蝕刻、機械性研削或研磨而將厚度方向之兩端面進行去除。
化學蝕刻係只要為酸性水溶液，則可為鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸等之無機酸，或蘋果酸、檸檬酸等之有機酸。例如，於鹽酸的情況中，係可加熱至60℃以上來蝕刻去除外周面數百μm。
只要是機械研削，若為外周面，則可使用無心研削裝置，或圓筒研削裝置，若為兩端面，則可使用平面研削裝置，來研削數百μm~數mm。
若為研磨，則可使用鑽石漿體、SiC漿體等來進行粗研磨後，進行膠體二氧化矽等之精密研磨，來研磨數百μm~數mm。
藉由該等之化學蝕刻、機械研削或研磨，而可形成光學特性優異之光學元件。
依據本發明之透明陶瓷的製造方法，可作為陶瓷結晶組織而減少富含Tb相或ZrO2之光學缺陷，並能夠提昇結晶組織之均勻性，而改善作為磁性光學裝置之材 料特性。
[透明陶瓷]
本發明之透明陶瓷係以如上述之本發明的透明陶瓷之製造方法所製造，其包含：由氧化鋱(化學式：Tb2O3)與由釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類元素(排除鋱)之氧化物所選出的至少1種之其他的稀土類氧化物所構成，且以莫耳比率計氧化鋱為40莫耳%以上，其他的稀土類氧化物為剩餘部分之稀土類氧化物、與由第2族元素及第4族元素所選出的至少1個元素之氧化物所構成之燒結助劑者。
亦即，本發明之透明陶瓷係含有以下述式(I)所表示之氧化物作為主成分之稀土類氧化物。
(TbxR1-x)2O3 (I)
(式(I)中，x為0.4≦x<1.0，R為釔、鈧及鑭稀土類元素(排除鋱)所選出的至少1種之其他的稀土類元素)。
上述式(I)中，作為R係只要包含由釔、鈧、鑭、銪、釓、鐿、鈥及鎦所成之群中選出的至少1種之稀土類元素者則無特別限定，亦可含有鉺、銩等之其他的元素。但，最佳為不含其他之元素，而僅由釔、鈧、鑭、銪、釓、鐿、鈥及鎦所成之群中選出的至少1種之稀土類元素所構成的情況。在此，R係可為一種單獨，亦可以任意的比率包含複數個R。又，該等當中，就原料容易 取得的觀點而言，作為R係較佳為釔、鈧、鎦。
式(I)中，x為0.4以上、未達1.0。亦即，以式(I)所表示之稀土類氧化物係以莫耳比率換算為含有40莫耳%以上之Tb2O3。若x為未達0.4，則無法得到高的伐得常數。
又，x係較佳為0.4以上、0.8以下，更佳為0.45以上、0.75以下。若x為上述範圍內則可得到高的伐得常數，透明性更為優異，故為佳。尤其，若x為0.8以下，則可抑制結晶成長後之冷卻中的裂縫之發生，且抑制結晶之白濁，故為佳。
又，本發明之透明陶瓷係與上述稀土類氧化物一起包含由第2族元素及第4族元素所選出的至少1種之元素的氧化物所構成之燒結助劑。此燒結助劑係較佳為由鈦、鋯、鉿、鈣及鎂所選出的至少1種元素之氧化物。
由該等之氧化物所構成的燒結助劑之含量，較佳為相對於稀土類氧化物100質量份而言，為超過0.5質量份、5質量份以下，更佳為0.8質量份以上、5質量份以下，再更佳為1質量份以上、4.8質量份以下。於0.5質量份以下時係無法得到作為燒結助劑而為安定的效果，恐有導致插入損失超過0.97dB之虞。另一方面，於超過5質量份的情況中係無法將燒結助劑成分固溶而導致單獨析出，成為雷射光散射的原因，於此情況中亦恐有導致插入損失超過0.97dB之虞。
本發明之透明陶瓷係藉由上述之3成分共沉 法所製作之使用原料粉末所製作而成者，該原料粉末係包含：(A)氧化鋱、與(B)由釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類氧化物(排除氧化鋱)所選出之至少1種的其他稀土類氧化物、與(C)由第2族元素及第4族元素所選出的至少1個元素之氧化物所構成之燒結助劑。藉此，相較於利用以往的製造方法所製作出的陶瓷，於陶瓷結晶組織中，富含Tb相或ZrO2之光學缺陷的發生會受到抑制，而改善作為磁性光學裝置用之材料特性。
亦即，本發明之透明陶瓷，係於厚度10mm之試料的厚度方向上，於測定面之面積率為90%以上之內面的包含端面之反射損失的波長1,064nm之插入損失係較佳為0.97dB以下，更佳為0.96dB以下。於此插入損失為超過0.97dB的情況中，由於在結晶粒或在粒界之光散射會非常大，或者在結晶粒之光吸收會非常大，而成為熱透鏡，因此使用於本發明所想定之高功率(例如輸出20W)用雷射加工機之用途等中係有困難。
上述插入損失係將陶瓷載置於V字塊體，將波長1,064nm之數mW的同調光相對於陶瓷為垂直地入射，以半導體受光器測定光強度。此時，將不插入該陶瓷的情況之光強度作為基準，以dB單位表現對於此之光強度的降低。另外，在此所使用之陶瓷係表面粗度Rms為1nm以下，表面之平面度為λ/4以下(λ=633nm)，將兩端面之平行度研磨至0.5°以下之直徑6mm、厚度10mm之試料。又，測定值係包含試料兩端面之表面反射者。
另外，Rms(Root-mean-squre)係指作為相對於「相對於基準長度中之斷面輪廓之算術平均值的偏差之平方值的平均」之平方根所得到之均平方根(root mean square)粗度。
又，載置有陶瓷之V字塊體係可在相對於入射光為垂直方向上進行移動，藉此能夠測定陶瓷之面內分布。因而，測定面之90%以上之面內分布係一邊將V字塊體進行移動直至試料直徑的95%為止一邊於各測定點上進行測定後的結果。
又，本發明之透明陶瓷，係於厚度10mm之試料的厚度方向上，於測定面之90%以上之內面的波長1,064nm之消光比較佳為35dB以上，更佳為36dB以上。
上述消光比係將陶瓷載置於V字塊體，使波長1,064nm之20mW的同調光以10倍的物鏡聚集成直徑0.3mm，對於陶瓷，通過偏光鏡而垂直地入射。此時之光係成為直線偏光。使陶瓷之透過光進入相對於前述之偏光鏡為90度旋轉後的偏光鏡，以半導體受光器測定光強度。此時，若將不插入該陶瓷之情況的光強度設為I0(mW)，將插入陶瓷之情況的光強度設為I(mW)，則消光比係以下述式表示。
消光比=-10log(I/I0)
另外，測定面之90%以上之面內分布係一邊將V字塊體進行移動直至試料直徑的95%為止一邊於各測定點上進行測定。
又，本發明之透明陶瓷係於厚度10mm之試料的厚度方向上，使波長1,064nm之雷射光以光束直徑1.6mm進行入射的情況中，無發生熱透鏡之雷射光的入射功率之最大值係較佳為15W以上，更佳為20W以上，再更佳為25W以上。
上述熱透鏡係於將偏光元件設定於陶瓷之試料的前後之構造中，使特定之入射功率的光成為1.6mm之空間光射出，讀取當將透明陶瓷作為法拉第轉子而朝向此插入後的焦點距離之變化成為0.1m以下時之最大入射功率而求出。
[磁性光學裝置]
本發明之透明陶瓷係適用於磁性光學裝置用途中。尤其，本發明之透明陶瓷係適合作為波長1.06μm域(1,064±40nm)之光隔離器的法拉第轉子所使用。
第1圖係顯示具有法拉第轉子作為光學元件之磁性光學裝置的光隔離器之一例子的剖面示意圖。
於第1圖中，光隔離器100係具備有法拉第轉子110，於該法拉第轉子110前後係具備有作為偏光材料之偏光鏡120及分析器130。又，較佳為光隔離器100係於光軸112上依此順序配置偏光鏡120-法拉第轉子110-分析器130，於該等之側面當中的至少1面載置磁鐵140，磁鐵140係被收納於框體150的內部。
又，上述隔離器係適合使用於加工機用光纖 雷射。亦即，適於防止將來自雷射元件所發出的雷射光之反射光返回至元件，而使發振成為不安定者。
[實施例]
以下，雖列舉實施例及比較例更具體地說明本發明，但本發明並不限定於該等之實施例。
[實施例1]
首先，準備信越化學工業(股)製之氧化鋱粉末(Tb2O3，純度99.9質量%以上)、與氧化釔粉末(Y2O3，純度99.9質量%以上)作為稀土類氧化物之原材料，進行秤量以使Tb2O3：Y2O3成為以莫耳比計為60：40。進而，作為燒結助劑之原材料，使第一稀元素化學工業(股)製氧化鋯(ZrO2)粉末(純度99.9質量%以上)，進行秤量以將上述稀土類氧化物設為合計100質量份時為0.4~5.2質量份之範圍成為6水準之含量。將該等之3種類之原材料作為使燒結助劑之含量變化的6種類之原材料分別溶解於5N硝酸水溶液中。
接著，分別一邊攪拌此水溶液一邊以一定滴下速度滴下氨水(NH4OH)來進行中和，進一步滴下而使氫氧化物(化學式(Tb0.6Y0.4)(OH)3)與Zr(OH)4)作為pH9~10之鹼性沉澱(共沉)。
接著，於其中滴下碳酸氫銨水溶液(NH4HCO3)進行熟成1小時。其後，進一步添加氨水，使其完全沉澱，進行 過濾與以超純水進行之洗淨，並加以乾燥。將所得到之乾燥粉末裝入氧化鋁坩堝中在大氣中以700℃進行3小時之加熱脫水而得到原料粉末。
接著，對於所得到之原料粉末進一步添加有效量之作為分散劑及黏合劑之乙基纖維素與聚乙烯醇之後，將該等以球磨機進行混合，藉此而得到混合物，接著，藉由將此混合物進行噴霧乾燥而得到粒徑數十μm之顆粒。使用此顆粒，作為一次成型而進行模具成形之後，作為二次成型而以200MPa之壓力，藉由冷均壓(CIP)法而得到成形體。
將所得到的成形體在氧環境中，以1000℃進行煅燒之後，以真空爐在5×10-2Pa之真空中，以1700~1750℃進行燒成8小時。
進而，將所得到的燒結體以1800℃、壓力100MPa、10小時之熱均壓(HIP)法進行處理而得到直徑6mm之陶瓷的6種類之試料。
將以上述方式所得的各陶瓷燒結體以成為長度10mm的方式進行研削及研磨處理，接著，將各樣品之光學兩端面以光學面精度λ/8(λ=633nm)進行最終光學研磨，進而，將以使中心波長成為1,064nm的方式設計的抗反射膜進行塗佈。
如第1圖所示般，將偏光元件設定於所得到之各陶瓷樣品的前後之後，將中空圓筒狀之釹-鐵-硼磁鐵以陶瓷樣品配置於其圓筒中心的方式進行覆蓋，使用IPG Photonics Japan(股)製高功率雷射(光束直徑1.6mm)，從兩端面，將波長1,064nm之高功率雷射光線入射，而測定插入損失、全透過率、散射透過率、消光比、伐得常數以及無熱透鏡之發生的入射功率之最大值。
(插入損失之測定方法)
插入損失係將陶瓷載置於V字塊體，使波長1.064μm之20mW的同調光以10倍的物鏡聚集成直徑0.3mm，對於陶瓷垂直地入射。針對陶瓷之透過光，以半導體受光器測定光強度。此時，若將不插入該陶瓷之情況的光強度設為I0(mW)，將插入陶瓷之情況的光強度設為I1(mW)，則插入損失係以下述式表示。
插入損失=-10log(I1/I0)
(全透過率及散射透過率之測定方法)
全透過率係使用日本分光(股)之紫外可見分光光度計V-670來進行測定。利用於內壁塗佈高反射率原料之積分球，使光多重反射並使光成為均勻，藉由亦捕捉因試料之混濁所散射的光等之光的強度進行測定，根據以下的式子來求出。此時之波長為1,064nm。
全透過率=I/I0×100
(式中，I係表示透過光強度(透過長度10mm之試料的光之強度)，I0係表示入射光強度)。
散射透過率係使用日本分光(股)之紫外可見分光光 度計V-670來進行測定。雖裝入上述之積分球來進行測定，但此時，藉由使接觸測定光路徑的積分球之一部分開放，直線透過後的光會穿過積分球，但另一方面，因試料之混濁所散射的光會被積分球所捕捉。藉由該捕捉到的光之強度進行測定，並根據以下的式子來求出。此時之波長為1,064nm。
散射透過率=I/I0×100
(式中，I係表示散射光強度(因長度10mm之試料所散射的光之強度)，I0係表示入射光強度)。
(消光比之測定方法)
消光比係將陶瓷載置於V字塊體，使波長1.064μm之20mW的同調光以10倍的物鏡聚集成直徑0.3mm，對於陶瓷，通過偏光鏡而垂直地入射。此時之光係成為直線偏光。使陶瓷之透過光進入相對於前述之偏光鏡為90度旋轉後的偏光鏡，以半導體受光器測定光強度。此時，若將不插入該陶瓷之情況的光強度設為I0(mW)，將插入陶瓷之情況的光強度設為I(mW)，則消光比係以下述式表示。
消光比=-10log(I/I0)
(伐得常數之測定方法)
伐得常數V係根據以下的式子來求出。另外，施加於樣品的磁場之大小(H)係使用從上述測定系統之尺寸、 殘留磁通密度(Br)及保持力(Hc)，藉由模擬所算出之值。
θ=V×H×L
(式中，θ為法拉第旋轉角(min)，V為伐得常數，H為磁場之大小(Oe)，L為法拉第轉子之長度(此時為1cm))。
(無熱透鏡之發生的入射功率之最大值的測定方法)
使波長1,064nm之高功率雷射光成為光束直徑1.6mm之空間光而射出，藉由光束分析儀，計測光束腰位置F0(m)。其後，於上述空間光學系統配置測定試料，相同地計測射出光之光束腰位置F1(m)。此時之光束腰位置的變化量(ΔF)係藉由以下式子表示。
ΔF(m)=F0-F1
另外，ΔF之變化雖伴隨著輸入雷射功率的增大而變大，但將成為ΔF=0.1m以下時之最大入射雷射功率[W]作為可忽視熱透鏡之值(無熱透鏡之發生的入射功率之最大值)來求出。
[比較例1A]
首先，準備信越化學工業(股)製之氧化鋱粉末(Tb2O3，純度99.9質量%以上)、與氧化釔粉末(Y2O3，純度99.9質量%以上)作為稀土類氧化物之原材料，進行秤量以使Tb2O3：Y2O3成為以莫耳比計為60：40。進而， 作為燒結助劑之原材料，將第一稀元素化學工業(股)製氧化鋯(ZrO2)粉末(純度99.9質量%以上)，進行秤量以將上述稀土類氧化物設為合計100質量份時為0.3~5.5質量份之範圍成為6水準之含量。另外，上述氧化鋱粉末、氧化釔粉末、氧化鋯粉末之各粒徑(平均一次粒徑)係任一者皆為0.1~1μm。
將該等之原料設為使燒結助劑之含量變化的6種類之原材料，進而，將作為分散劑及黏合劑之乙基纖維素與聚乙烯醇之有效量以球磨機進行混合，藉此而得到6種類之混合物。接著，藉由進行噴霧乾燥而得到粒徑數十μm之顆粒。使用此顆粒，作為一次成型而進行模具成形之後，作為二次成型而以200MPa之壓力，藉由CIP法而得到成形體。
將所得到的成形體在氧環境中，以1000℃進行煅燒之後，以真空爐在5×10-2Pa之真空中，以1650~1700℃進行燒成8小時。
進而，將所得到的燒結體以1800℃、壓力100MPa、10小時之熱均壓(HIP)法進行處理而得到直徑6mm之陶瓷的6種類之試料。
將以上述方式所得的各陶瓷燒結體以成為長度10mm的方式進行研削及研磨處理，接著，將各樣品之光學兩端面以光學面精度λ/8(λ=633nm)進行最終光學研磨，進而，將以使中心波長成為1,064nm的方式設計的抗反射膜進行塗佈，進行與實施例1相同的評估。
[比較例1B]
首先，準備信越化學工業(股)製之氧化鋱粉末(Tb2O3，純度99.9質量%以上)、與氧化釔粉末(Y2O3，純度99.9質量%以上)作為稀土類氧化物之原材料，進行秤量以使Tb2O3：Y2O3成為以莫耳比計為60：40。將此氧化鋱粉末與氧化釔粉末進行混合，並溶解於5N硝酸水溶液中。
接著，一邊攪拌此水溶液一邊以一定滴下速度滴下氨水(NH4OH)來進行中和，進一步滴下而使氫氧化物(化學式(Tb0.6Y0.4)(OH)3)作為pH9~10之鹼性沉澱(共沉)。
接著，於其中滴下碳酸氫銨水溶液(NH4HCO3)進行熟成1小時。其後，進一步添加氨水，使其完全沉澱，進行過濾與以超純水進行之洗淨，並予以乾燥。將所得到之乾燥粉末裝入氧化鋁坩堝中在大氣中以700℃進行3小時之加熱脫水而得到粉末。
接著，對於所得到的粉末，作為燒結助劑而將第一稀元素化學工業(股)製氧化鋯(ZrO2)粉末(純度99.9質量%以上)，進行秤量以將上述稀土類氧化物設為合計100質量份時為0.4~5.3質量份之範圍成為6水準之含量並添加，進一步在添加有效量之作為分散劑及黏合劑之乙基纖維素與聚乙烯醇後，以球磨機進行混合，藉此而得到6種類之混合物。接著，藉由進行噴霧乾燥而得到粒徑數 十μm之顆粒。使用此顆粒，作為一次成型而進行模具成形之後，作為二次成型而以200MPa之壓力，藉由CIP法而得到成形體。
將所得到的成形體在氧環境中，以1000℃進行煅燒之後，以真空爐在5×10-2Pa之真空中，以1650~1700℃進行燒成8小時。
進而，將所得到的燒結體以1800℃、壓力100MPa、10小時之熱均壓(HIP)法進行處理而得到直徑6mm之陶瓷的6種類之試料。
將以上述方式所得的各陶瓷燒結體以成為長度10mm的方式進行研削及研磨處理，接著，將各樣品之光學兩端面以光學面精度λ/8(λ=633nm)進行最終光學研磨，進而，將以使中心波長成為1,064nm的方式設計的抗反射膜進行塗佈，進行與實施例1相同的評估。
將以上之實施例1及比較例1A、1B的結果顯示於表1~表3。
實施例1之各試料，相較於比較例1A、1B之對應的組成者，其光學特性獲得改善。
[實施例2]
於實施例1中，將燒結助劑作為氧化鉿(HfO2)並使該含量變化為6水準，除此之外，以與實施例1相同的方式製作陶瓷燒結體來進行評估。
[比較例2A]
於比較例1A中，將燒結助劑作為氧化鉿並使該含量變化為6水準，除此之外，以與比較例1A相同的方式製 作陶瓷燒結體來進行評估。
[比較例2B]
於比較例1B中，將燒結助劑作為氧化鉿並使該含量變化為6水準，除此之外，以與比較例1B相同的方式製作陶瓷燒結體來進行評估。
將以上之實施例2及比較例2A、2B的結果顯示於表4~表6。
實施例2之各試料，相較於比較例2A、2B之對應的組成者，其光學特性獲得改善。
[實施例3~11]
於實施例1中，變更成表7~表15之所示的原料及條件，來製作包含氧化鋱之稀土類氧化物透明陶瓷，並測定插入損失等之光學特性。
實施例3、4係於實施例1中將氧化鋱與氧化釔之莫耳比及氧化鋯的含量加以變更者。
實施例5、6係於實施例2中將氧化鋱與氧化釔之莫耳比及氧化鉿的含量加以變更者。
實施例7係於實施例1中將氧化鋱與氧化釔之莫耳比變更成70：30，進而將燒結助劑作為氧化鈦(TiO2)並將該含量加以變更者。
實施例8係於實施例1中作為氧化鋱與氧化鎦(Lu2O3)之組合而將該莫耳比設為80：20，進而將氧化鋯之含量加以變更者。
實施例9係於實施例1中作為氧化鋱與氧化鈧(Sc2O3)之組合而將該莫耳比設為70：30，進而將燒結助劑設為氧化鉿(HfO2)並將該含量加以變更者。
實施例10係於實施例1中作為氧化鋱、氧化釔及氧化釓(Gd2O3)之組合而將該莫耳比設為60：10：30，將燒結助劑設為氧化鈦(TiO2)並將該含量加以變更者。
實施例11係於實施例1中將氧化鋱與氧化釔之莫耳比變更成50：50，進而將燒結助劑設為氧化鋯與氧化鈦(TiO2)之組合並將該含量加以變更者。
將以上的結果全部彙整顯示於表7~表15。
又，將實施例1-3與比較例1A-3之研磨面的結晶組織作為電子顯微鏡之反射電子影像觀察後的結果顯示於第2圖。
於比較例1A-3(第2圖(b))中，係如圖中之橢圓包圍的部分等所見般，觀察到作為富含Tb相之白斑點或ZrO2之光學缺陷。另一方面，可知於實施例1-3(第2圖(a))中，並未確認有如此之異相或缺陷而成為均勻的組織。
又，將比較例1B-3之研磨面的結晶組織作為電子顯 微鏡之反射電子影像觀察的結果，觀察到與第2圖(b)相同之作為富含Tb相之白斑點或ZrO2之光學缺陷。又，亦觀察到異相。
另外，目前為止雖以於附圖中顯示本發明之實施形態來進行說明，但本發明並不限定於附圖所示之實施形態，其他之實施形態、追加、變更、刪除等係可在熟知該領域技術者所能想到的範圍內進行變更，於任一樣態中只要能發揮本發明之作用效果，則包含於本發明之範圍內。

Claims (12)

  1. 一種透明陶瓷之製造方法，其係將氧化鋱(化學式：Tb2O3)與由釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類元素(排除鋱)之氧化物所選出的至少1種之其他的稀土類氧化物作為主成分之透明陶瓷之製造方法，其特徵為，於包含(a)鋱離子、(b)由釔離子、鈧離子及鑭稀土類離子(排除鋱離子)所選出的至少1種之其他的稀土類離子、(c)由第2族元素及第4族元素所選出的至少1種之元素的離子之水溶液中，使(a)、(b)、(c)成分共沉，將該共沉物進行過濾、加熱脫水，而製作包含：由氧化鋱與由釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類元素(排除鋱)之氧化物所選出的至少1種之其他的稀土類氧化物所構成，且以莫耳比率計氧化鋱為40莫耳%以上，其他的稀土類氧化物為剩餘部分之稀土類氧化物、與由第2族元素及第4族元素所選出的至少1個元素之氧化物所構成之燒結助劑的原料粉末，使用此原料粉末來將成形體成形，之後，將該成形體進行燒成，接著進行加壓燒成。
  2. 如請求項1之透明陶瓷之製造方法，其中，上述原料粉末係相對於稀土類氧化物100質量份而言，包含超過0.5質量份、5質量份以下之燒結助劑。
  3. 如請求項1或2之透明陶瓷之製造方法，其中，上述(c)成分係由鈦離子、鋯離子、鉿離子、鈣離子及鎂離子所選出的至少1種之離子。
  4. 如請求項1或2之透明陶瓷之製造方法，其中，進一步將加壓燒成後的成形體在非氧化性環境下以1500~2000℃進行熱處理。
  5. 如請求項1或2之透明陶瓷之製造方法，其中，於上述燒成前，將成形體進行煅燒。
  6. 一種透明陶瓷，其係以如請求項1~5中任一項之透明陶瓷之製造方法所製造，其包含：由氧化鋱(化學式：Tb2O3)與由釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類元素(排除鋱)之氧化物所選出的至少1種之其他的稀土類氧化物所構成，且以莫耳比率計氧化鋱為40莫耳%以上，其他的稀土類氧化物為剩餘部分之稀土類氧化物、與由第2族元素及第4族元素所選出的至少1個元素之氧化物所構成之燒結助劑，其中，於厚度10mm之試料的厚度方向上，於測定面的90%以上之內面的包含端面之反射損失的波長1,064nm之插入損失為0.97dB以下。
  7. 如請求項6之透明陶瓷，其中，上述燒結助劑之含量，相對於稀土類氧化物100質量份而言，為超過0.5質量份、5質量份以下。
  8. 如請求項6或7之透明陶瓷，其中，上述燒結助劑係由鈦、鋯、鉿、鈣及鎂所選出的至少1種的元素之氧化物。
  9. 一種磁性光學裝置，其係使用如請求項6~8中任一項之透明陶瓷所構成。
  10. 一種磁性光學裝置，其係使用如請求項6~8中任一項之透明陶瓷作為法拉第轉子。
  11. 如請求項10之磁性光學裝置，其係在法拉第轉子的前後具備偏光材料，且在1,064±40nm之波長域中使用的光隔離器用之磁性光學裝置。
  12. 一種燒結用稀土類氧化物粉末之製造方法，其係於包含(a)鋱離子、(b)由釔離子、鈧離子及鑭稀土類離子(排除鋱離子)所選出的至少1種之其他的稀土類離子、(c)由第2族元素及第4族元素所選出的至少1種之元素的離子之水溶液中，使(a)、(b)、(c)成分共沉，將該共沉物進行過濾、加熱脫水所得之燒結用稀土類氧化物粉末之製造方法，該燒結用稀土類氧化物粉末包含：由氧化鋱與由釔氧化物、鈧氧化物及鑭稀土類元素(排除鋱)之氧化物所選出的至少1種之其他的稀土類氧化物所構成，且以莫耳比率計氧化鋱為40莫耳%以上，其他的稀土類氧化物為剩餘部分之稀土類氧化物、與由第2族元素及第4族元素所選出的至少1個元素之氧化物所構成之燒結助劑。
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