透光性酸化イッテルビウム焼結体及びその製造方法
【課題】この発明は、アルミニウム含有量を金属換算で５〜１００wt ppm、珪素含有量を金属換算で１０wt ppm以下としなくとも、厚さ１mm時の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率を６０％以上とした透光性酸化イッテルビウムを得ようとするものである。
【解決手段】この発明は酸化イッテルビウムを主成分とし、ニオブを含有して厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が６０％以上である透光性酸化イッテルビウム焼結体である。
【解決手段】この発明は酸化イッテルビウムを主成分とし、ニオブを含有して厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が６０％以上である透光性酸化イッテルビウム焼結体である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シンチレータ材料、放電灯用管体、レーザーホスト材料などに使用される透光性酸化イッテルビウム焼結体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、透光性酸化イッテルビウム焼結体を製造する方法としては、アルミニウム含有量を金属換算で５〜１００wt ppm、珪素含有量を金属換算で１０wt ppm以下とした成形体を、水素希ガス或いは水素希ガス混合雰囲気若しくは真空中で、１４５０℃以上１７００℃以下で０．５時間以上焼結する技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−８９５８７号公報（２頁、請求項７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の酸化イッテルビウム焼結体中のアルミニウム含有量を金属換算で５〜１００wt ppm以下とする方法では、確かに透光性酸化イッテルビウム焼結体が得られるものの、焼成中にアルミニウムが酸化イッテルビウム焼結粒界へ析出しやすく、これを防止するために焼成温度を１７００℃以下にすることが必要であった。しかし、１７００℃以下の焼成温度は、高融点である酸化イッテルビウムに対しては低い焼成温度である。このために、この温度で焼結体を充分に緻密化させるためには、例えば市販されている汎用の酸化イッテルビウム粉末ではなく、硫酸イッテルビウムや硝酸イッテルビウム、蓚酸イッテルビウムなどの水溶液を制御された温度及び速度で中和して水酸化イッテルビウムを生成させ、これを制御された雰囲気、温度にて焙焼し、解砕するなどの処理をして、焼結性のよい原料を特別に用意する必要があった。しかし、これは一般に容易なことではない。さらにこの先行技術では１０wt ppm以下の珪素含有量の原料を用いることが必要であるが、そのためには低珪素濃度の特別な原料を用意する必要があり容易なことではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明は、酸化イッテルビウムを主成分とし、ニオブを含有して厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が６０％以上であることを特徴とする透光性酸化イッテルビウム焼結体（請求項１）、前記ニオブの含有量が金属単体換算で０．０１〜０．５wt%で、厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が７８％以上である請求項１記載の透光性酸化イッテルビウム焼結体（請求項２）、厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が６０％以上の透光性酸化イッテルビウム焼結体の製造方法であって、酸化イッテルビウム粉末にニオブおよびニオブ化合物のいずれか一種以上を添加して混合し、これを成形してニオブを含有する酸化イッテルビウム成形体を形成し、ついでこれを真空または水素雰囲気下１７５０℃以上で焼成することを特徴とする透光性酸化イッテルビウム焼結体の製造方法（請求項３）および前記ニオブおよびニオブ化合物の添加量が、酸化イッテルビウムに対して金属単体換算で０．０１〜０．５wt%である請求項３記載の透光性酸化イッテルビウム焼結体の製造方法（請求項４）である。
【発明の効果】
【０００５】
この発明によれば、酸化イッテルビウム焼結体中のアルミニウム含有量を金属換算で５〜１００wt ppm、珪素含有量を金属換算で１０wt ppm以下としなくとも、厚さ１mmの時の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率を６０％以上とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
この発明の透光性酸化イッテルビウム焼結体は、主成分を酸化イッテルビウムとし、これにニオブを含有したもので、厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が６０％以上である。また、ニオブの含有量を金属単体換算で０．０１〜０．５wt%とすると、厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が７８％以上の透光性の高い透光性酸化イッテルビウム焼結体とすることができる。
【０００７】
ニオブ含有量が金属単体換算で０．０１wt%未満ではニオブの酸化イッテルビウムに与える作用が十分でないため、厚さ１mm時の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率で７８％を超えるような透光性の高い酸化イッテルビウム焼結体とすることはできない。また、ニオブが金属単体換算で０．５wt%を超えるような場合は、酸化イッテルビウムに固溶しきれないニオブが異相として酸化イッテルビウム焼結体中に分散存在することになり、透光性が低下して厚さ１mm時の可視光波長帯域４００〜８００ｎｍにおける直線透過率で７８％を超えるような透光性の高い酸化イッテルビウム焼結体とすることができない。
【０００８】
本発明の透光性酸化イッテルビウム焼結体の製造方法は、酸化イッテルビウム粉末に対して、ニオブまたはニオブ化合物、或いはこれらの双方を添加・混合し、これを成形してニオブを含有する酸化イッテルビウム成形体を形成し、ついでこれを真空または水素雰囲気下１７５０℃以上で焼成するものである。焼成温度が１７５０℃未満では焼結が十分に行われず、厚さ１mm時の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率で６０％を超えるような透光性酸化イッテルビウム焼結体とすることはできない。この場合に添加するニオブまたはニオブ化合物、或いはこれら双方の添加量は、酸化イッテルビウムに対して、金属単体換算で０．０１〜０．５wt%とすると厚さ１mm時の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率で７８％を超えるような透光性酸化イッテルビウム焼結体とすることができる。
【０００９】
この発明において、ニオブが酸化イッテルビウム焼結体の透光性向上に寄与する理由は明らかでないが、ニオブが酸化イッテルビウムに固溶することにより、酸化イッテルビウム中のイオン欠陥の拡散を促進して結晶構造の均質化を促すこと、及びニオブの添加が酸化イッテルビウムの粒成長を遅らせる働きをし、焼成時の気孔排出を助成するためなどと考えられる。これらの作用により、得られる酸化イッテルビウム焼結体の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が厚さ１mmで６０％以上の透光性酸化イッテルビウム焼結体とすることができる。
【００１０】
透光性酸化イッテルビウム焼結体を得るための酸化イッテルビウム原料粉末は汎用的な微粉末で差し支えないが、焼結体中に気孔を残留させないようにするためには焼成前の成形体段階における気孔径が小さい方が好ましい。このような小さい気孔径を有する成形体を得るためには、平均粒径２μｍ以下の酸化イッテルビウム原料粉末を用いて成形体とすることが好ましい。酸化イッテルビウム原料粉末の中のアルミニウム、珪素含有量は厳密に制御される必要はないが、アルミニウムは焼成中に酸化イッテルビウム結晶粒界へ析出して異相を形成し易いために透光性向上の妨げになり、また珪素は酸化イッテルビウムの粒成長を助長させる働きがあるためにニオブによる粒成長抑制作用を減殺し易い。このため焼成前の酸化イッテルビウム成形体中のアルミニウム濃度、珪素濃度はともに２０ppm以下とすることが好ましい。しかし、ニオブ添加量を適宜に増していくと珪素濃度は２０ppmを超えた場合でも、焼結体の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率を厚さ１mmで７０％以上とすることが可能となる。
【００１１】
（実施例）
平均粒径１μｍ、純度９９．９％（アルミニウム濃度１ppm，珪素濃度１８ppm）の酸化イッテルビウム粉末にエタノール、アクリル系バインダーおよび表１に示す酸化ニオブを添加し、酸化ジルコニウムボールを用いたボールミルによって２０時間の混合を行った。これによって得られたスラリーからスプレードライヤで平均粒径５０μｍの造粒物を作製した。この造粒粉を１０ＭＰａで一軸金型成形し、続いて１００ＭＰａで冷間静水圧成形（ＣＩＰ）を行い、さらに大気中９００℃で脱脂処理を行った。次にこの脱脂体を表１に示す温度および雰囲気にて焼成を行い焼結体を得た。この焼結体を直径２０mm、厚さ１mm加工して両面光学研磨品とし、これを分光光度計を用いて４００〜８００ｎｍにおける直線透過率を測定した。測定結果は、７００ｎｍにおける直線透過率（％）と、４００〜８００ｎｍにおける透過率を測定し、その値が７８％以上を◎、７８未満で６０％以上を○、６０％未満を×の記号で表１に示した。
【表１】
【００１２】
【表２】
【００１３】
表１から明らかなように、この発明によれば、アルミニウム含有量を金属換算で５〜１００wt ppm、珪素含有量を金属換算で１０wt ppm以下としなくとも、ニオブを含有することことで厚さ１mm時の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率を６５％以上の透光性酸化イッテルビウム焼結体とすることができる。特に、ニオブ添加量を金属単体換算で０．０１０〜０．５００wt%とすることで、厚さ１mm時の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率を７８％以上とすることができる。また、この透光性酸化イッテルビウム焼結体を得るための焼成温度は１７５０℃以上が必要であることが分かる。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シンチレータ材料、放電灯用管体、レーザーホスト材料などに使用される透光性酸化イッテルビウム焼結体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、透光性酸化イッテルビウム焼結体を製造する方法としては、アルミニウム含有量を金属換算で５〜１００wt ppm、珪素含有量を金属換算で１０wt ppm以下とした成形体を、水素希ガス或いは水素希ガス混合雰囲気若しくは真空中で、１４５０℃以上１７００℃以下で０．５時間以上焼結する技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−８９５８７号公報（２頁、請求項７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の酸化イッテルビウム焼結体中のアルミニウム含有量を金属換算で５〜１００wt ppm以下とする方法では、確かに透光性酸化イッテルビウム焼結体が得られるものの、焼成中にアルミニウムが酸化イッテルビウム焼結粒界へ析出しやすく、これを防止するために焼成温度を１７００℃以下にすることが必要であった。しかし、１７００℃以下の焼成温度は、高融点である酸化イッテルビウムに対しては低い焼成温度である。このために、この温度で焼結体を充分に緻密化させるためには、例えば市販されている汎用の酸化イッテルビウム粉末ではなく、硫酸イッテルビウムや硝酸イッテルビウム、蓚酸イッテルビウムなどの水溶液を制御された温度及び速度で中和して水酸化イッテルビウムを生成させ、これを制御された雰囲気、温度にて焙焼し、解砕するなどの処理をして、焼結性のよい原料を特別に用意する必要があった。しかし、これは一般に容易なことではない。さらにこの先行技術では１０wt ppm以下の珪素含有量の原料を用いることが必要であるが、そのためには低珪素濃度の特別な原料を用意する必要があり容易なことではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明は、酸化イッテルビウムを主成分とし、ニオブを含有して厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が６０％以上であることを特徴とする透光性酸化イッテルビウム焼結体（請求項１）、前記ニオブの含有量が金属単体換算で０．０１〜０．５wt%で、厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が７８％以上である請求項１記載の透光性酸化イッテルビウム焼結体（請求項２）、厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が６０％以上の透光性酸化イッテルビウム焼結体の製造方法であって、酸化イッテルビウム粉末にニオブおよびニオブ化合物のいずれか一種以上を添加して混合し、これを成形してニオブを含有する酸化イッテルビウム成形体を形成し、ついでこれを真空または水素雰囲気下１７５０℃以上で焼成することを特徴とする透光性酸化イッテルビウム焼結体の製造方法（請求項３）および前記ニオブおよびニオブ化合物の添加量が、酸化イッテルビウムに対して金属単体換算で０．０１〜０．５wt%である請求項３記載の透光性酸化イッテルビウム焼結体の製造方法（請求項４）である。
【発明の効果】
【０００５】
この発明によれば、酸化イッテルビウム焼結体中のアルミニウム含有量を金属換算で５〜１００wt ppm、珪素含有量を金属換算で１０wt ppm以下としなくとも、厚さ１mmの時の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率を６０％以上とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
この発明の透光性酸化イッテルビウム焼結体は、主成分を酸化イッテルビウムとし、これにニオブを含有したもので、厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が６０％以上である。また、ニオブの含有量を金属単体換算で０．０１〜０．５wt%とすると、厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が７８％以上の透光性の高い透光性酸化イッテルビウム焼結体とすることができる。
【０００７】
ニオブ含有量が金属単体換算で０．０１wt%未満ではニオブの酸化イッテルビウムに与える作用が十分でないため、厚さ１mm時の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率で７８％を超えるような透光性の高い酸化イッテルビウム焼結体とすることはできない。また、ニオブが金属単体換算で０．５wt%を超えるような場合は、酸化イッテルビウムに固溶しきれないニオブが異相として酸化イッテルビウム焼結体中に分散存在することになり、透光性が低下して厚さ１mm時の可視光波長帯域４００〜８００ｎｍにおける直線透過率で７８％を超えるような透光性の高い酸化イッテルビウム焼結体とすることができない。
【０００８】
本発明の透光性酸化イッテルビウム焼結体の製造方法は、酸化イッテルビウム粉末に対して、ニオブまたはニオブ化合物、或いはこれらの双方を添加・混合し、これを成形してニオブを含有する酸化イッテルビウム成形体を形成し、ついでこれを真空または水素雰囲気下１７５０℃以上で焼成するものである。焼成温度が１７５０℃未満では焼結が十分に行われず、厚さ１mm時の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率で６０％を超えるような透光性酸化イッテルビウム焼結体とすることはできない。この場合に添加するニオブまたはニオブ化合物、或いはこれら双方の添加量は、酸化イッテルビウムに対して、金属単体換算で０．０１〜０．５wt%とすると厚さ１mm時の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率で７８％を超えるような透光性酸化イッテルビウム焼結体とすることができる。
【０００９】
この発明において、ニオブが酸化イッテルビウム焼結体の透光性向上に寄与する理由は明らかでないが、ニオブが酸化イッテルビウムに固溶することにより、酸化イッテルビウム中のイオン欠陥の拡散を促進して結晶構造の均質化を促すこと、及びニオブの添加が酸化イッテルビウムの粒成長を遅らせる働きをし、焼成時の気孔排出を助成するためなどと考えられる。これらの作用により、得られる酸化イッテルビウム焼結体の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が厚さ１mmで６０％以上の透光性酸化イッテルビウム焼結体とすることができる。
【００１０】
透光性酸化イッテルビウム焼結体を得るための酸化イッテルビウム原料粉末は汎用的な微粉末で差し支えないが、焼結体中に気孔を残留させないようにするためには焼成前の成形体段階における気孔径が小さい方が好ましい。このような小さい気孔径を有する成形体を得るためには、平均粒径２μｍ以下の酸化イッテルビウム原料粉末を用いて成形体とすることが好ましい。酸化イッテルビウム原料粉末の中のアルミニウム、珪素含有量は厳密に制御される必要はないが、アルミニウムは焼成中に酸化イッテルビウム結晶粒界へ析出して異相を形成し易いために透光性向上の妨げになり、また珪素は酸化イッテルビウムの粒成長を助長させる働きがあるためにニオブによる粒成長抑制作用を減殺し易い。このため焼成前の酸化イッテルビウム成形体中のアルミニウム濃度、珪素濃度はともに２０ppm以下とすることが好ましい。しかし、ニオブ添加量を適宜に増していくと珪素濃度は２０ppmを超えた場合でも、焼結体の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率を厚さ１mmで７０％以上とすることが可能となる。
【００１１】
（実施例）
平均粒径１μｍ、純度９９．９％（アルミニウム濃度１ppm，珪素濃度１８ppm）の酸化イッテルビウム粉末にエタノール、アクリル系バインダーおよび表１に示す酸化ニオブを添加し、酸化ジルコニウムボールを用いたボールミルによって２０時間の混合を行った。これによって得られたスラリーからスプレードライヤで平均粒径５０μｍの造粒物を作製した。この造粒粉を１０ＭＰａで一軸金型成形し、続いて１００ＭＰａで冷間静水圧成形（ＣＩＰ）を行い、さらに大気中９００℃で脱脂処理を行った。次にこの脱脂体を表１に示す温度および雰囲気にて焼成を行い焼結体を得た。この焼結体を直径２０mm、厚さ１mm加工して両面光学研磨品とし、これを分光光度計を用いて４００〜８００ｎｍにおける直線透過率を測定した。測定結果は、７００ｎｍにおける直線透過率（％）と、４００〜８００ｎｍにおける透過率を測定し、その値が７８％以上を◎、７８未満で６０％以上を○、６０％未満を×の記号で表１に示した。
【表１】
【００１２】
【表２】
【００１３】
表１から明らかなように、この発明によれば、アルミニウム含有量を金属換算で５〜１００wt ppm、珪素含有量を金属換算で１０wt ppm以下としなくとも、ニオブを含有することことで厚さ１mm時の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率を６５％以上の透光性酸化イッテルビウム焼結体とすることができる。特に、ニオブ添加量を金属単体換算で０．０１０〜０．５００wt%とすることで、厚さ１mm時の可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率を７８％以上とすることができる。また、この透光性酸化イッテルビウム焼結体を得るための焼成温度は１７５０℃以上が必要であることが分かる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化イッテルビウムを主成分とし、ニオブを含有して厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が６０％以上であることを特徴とする透光性酸化イッテルビウム焼結体。
【請求項２】
前記ニオブの含有量が金属単体換算で０．０１〜０．５wt%で、厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が７８％以上である請求項１記載の透光性酸化イッテルビウム焼結体。
【請求項３】
厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が６０％以上の透光性酸化イッテルビウム焼結体の製造方法であって、酸化イッテルビウム粉末にニオブおよびニオブ化合物のいずれか一種以上を添加して混合し、これを成形してニオブを含有する酸化イッテルビウム成形体を形成し、ついでこれを真空または水素雰囲気下１７５０℃以上で焼成することを特徴とする透光性酸化イッテルビウム焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記ニオブおよびニオブ化合物の添加量が、酸化イッテルビウムに対して金属単体換算で０．０１〜０．５wt%である請求項３記載の透光性酸化イッテルビウム焼結体の製造方法。
【請求項１】
酸化イッテルビウムを主成分とし、ニオブを含有して厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が６０％以上であることを特徴とする透光性酸化イッテルビウム焼結体。
【請求項２】
前記ニオブの含有量が金属単体換算で０．０１〜０．５wt%で、厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が７８％以上である請求項１記載の透光性酸化イッテルビウム焼結体。
【請求項３】
厚さ１mmのときの可視光帯域波長４００〜８００ｎｍにおける直線透過率が６０％以上の透光性酸化イッテルビウム焼結体の製造方法であって、酸化イッテルビウム粉末にニオブおよびニオブ化合物のいずれか一種以上を添加して混合し、これを成形してニオブを含有する酸化イッテルビウム成形体を形成し、ついでこれを真空または水素雰囲気下１７５０℃以上で焼成することを特徴とする透光性酸化イッテルビウム焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記ニオブおよびニオブ化合物の添加量が、酸化イッテルビウムに対して金属単体換算で０．０１〜０．５wt%である請求項３記載の透光性酸化イッテルビウム焼結体の製造方法。
【公開番号】特開２００７−２５４１８７（Ｐ２００７−２５４１８７Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７８２９４（Ｐ２００６−７８２９４）
【出願日】平成１８年３月２２日（２００６．３．２２）
【出願人】（０００２２１１２２）東芝セラミックス株式会社 (294)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２２日（２００６．３．２２）
【出願人】（０００２２１１２２）東芝セラミックス株式会社 (294)
【Ｆターム（参考）】
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