专利名称：透光性稀土氧化物烧结体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有钇、镥和镱中的至少一种的透光性稀土氧化物烧结体及其制造方法，所述烧结体用于放电灯用管、激光器基质材料和半导体制造装置的等离子监视耐腐蚀窗材。
背景技术：
迄今为止，作为透光性氧化钇烧结体、透光性氧化镥烧结体或透光性氧化镱烧结体的制造方法，一种公知的技术是，在1450℃～1700℃的温度下，在氢气、惰性气体、氢气-惰性气体的混合气体或真空气氛中，将在氧化钇、氧化镥和氧化镱之一中包含以金属计5重量ppm～100重量ppm的铝和10重量ppm以下的硅的成型体烧结0.5小时以上(例如，日本特开2003-89578号公报)。
此外，一种公知的的技术是，对通过热分解而成为相对于氧化钇为100ppm～4％的氧化钙的钙化合物、通过热分解而成为相对于氧化钇为200ppm～10％的氧化锆的锆化合物和初级粒径为0.5μm以下的氧化钇的混合物进行成型和烧结(例如，日本特许公报第2939535号)。
如日本特开2003-89578号公报所述，在将铝含量以金属计设定在5重量pmm～100重量ppm的方法中，确实可以得到透光性氧化钇烧结体、透光性氧化镥烧结体或透光性氧化镱烧结体。然而，在所述烧结过程中，铝容易在氧化钇烧结体、氧化镥烧结体或氧化镱烧结体的晶界上析出。因此，为了防止铝析出，必须将烧结温度设定在1700℃以下。作为用于高熔点的氧化钇、氧化镥和氧化镱的烧结温度，1700℃以下的烧结温度是较低的。因此，为了在所述温度下充分致密化，以替代商业上可获得的通用的钇、镥或镱的氧化物粉末，例如，有必要在受控的温度和速度下将硫酸钇、硫酸镥或硫酸镱；或者硝酸钇、硝酸镥或硝酸镱；或者草酸钇、草酸镥或草酸镱的水溶液中和以形成氢氧化钇、氢氧化镥或氢氧化镱；在受控的气氛和温度下对所述氢氧化物进行煅烧后，将其粉碎，从而特别地制备出烧结性优异的原料。这个方法通常不太容易。
而且，为了使硅含量如10重量ppm以下这样低，不得不特别地制备硅含量低的原料。这也不是件容易的事情。
此外，在根据日本特许公报第2939535号的方法中，必须使氧化钇的初级粒径为0.5μm以下。必须实施微粉碎工序和在严格控制的条件下的特殊原料合成。即，问题在于不能使用通用氧化钇粉末。
更进一步，在日本特许公报第2939535号中，具有1mm的厚度的透明氧化钇烧结体对于500nm波长的光的直线透过率(线性透过率)只有40％～60％，因此其透明性是不充分的。此外，另外一个问题在于，由于存在污染的问题，不能将包含作为碱土金属的钙的氧化钇应用到半导体制造装置用的窗材。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的之一在于提供一种稀土氧化物烧结体，本发明不使用容易在氧化物的晶界析出的铝，不使用其中将硅含量特别降低的特殊原料并且不需要将原料微粉碎，该烧结体是厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内直线透过率为60％以上的透光性氧化物烧结体。
进一步地，本发明的另一目的在于提供不含条纹(striae)的透光性氧化钇烧结体、透光性氧化镥烧结体和透光性氧化镱烧结体。
为了解决上述问题，根据本发明的第一放面，提供了一种透光性氧化钇烧结体，该烧结体包含作为主要成分的氧化钇；和钽和铌中的至少一种，其中，当所述烧结体的厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内直线透过率为60％以上。
根据本发明的第二方面，如本发明第一方面中所述，优选所述钽的量以金属计为0.1wt％～1.3wt％，而且厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内所述直线透过率为60％以上。
根据本发明的第三方面，如本发明第一方面中所述，优选当铌的量以金属计为0.05wt％～0.5wt％，并且所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内所述直线透过率为60％以上。
根据本发明的第四方面，提供了一种透光性氧化钇烧结体的制造方法，该制造方法包括将钽、钽化合物、铌和铌化合物中的至少一种加入到氧化钇粉末中以与其混合；使所述混合材料成型为包含所述钽和所述铌中的至少一种的氧化钇成型体；并且在1700℃～2000℃，在真空、氢气或稀有气体氛围下对所述氧化钇成型体进行烧结。
根据本发明的第五方面，如本发明的第四方面中所述，优选将所述钽或所述钽化合物以金属计为0.2wt％～1.5wt％的量加入到氧化钇中。
根据本发明的第六方面，如本发明的第四方面中所述，优选将所述铌或所述铌化合物以金属计为0.1wt％～1.0wt％的量加入到氧化钇中。
根据本发明的第七方面，如本发明的第四方面中所述，氧化钇粉末的比表面积优选为5m2/g～50m2/g；而且所述钽和钽化合物中的至少一种的添加量以金属计为0.2wt％～1.5wt％。
根据本发明的第八方面，如本发明的第四方面中所述，氧化钇粉末的比表面积优选为5m2/g～50m2/g；而且所述铌和铌化合物中的至少一种的添加量以金属计为0.1wt％～1.0wt％。
根据本发明的第九方面，如本发明的第二方面中所述，所述钽的含量以金属计，优选为0.1wt％～0.3wt％；当厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内所述直线透过率为60％以上，并且不包含条纹。
根据本发明的第十方面，如本发明的第三方面中所述，所述铌的含量以金属计优选为0.05wt％～0.2wt％；当厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内所述直线透过率为60％以上，并且不包含条纹。
根据本发明的上述方面，在所述烧结过程中铝不在氧化钇的晶界上析出并且可以使厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上。此外，在400nm～800nm的可见光波长区域内的几乎整个区域中，可得到80％以上的所述直线透过率。
根据本发明，可以不使用其中使硅含量为10重量ppm以下的特殊原料。更进一步，不需要使原料即氧化钇的粒径在0.5μm以下，就可以使厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率达到60％以上。进一步地，必要时可提供不含条纹的烧结体。
进一步地，根据本发明的第十一方面，提供了一种透光性氧化镥烧结体，该烧结体包含作为主要成分的氧化镥；和钽或铌中的至少一种，其中，当所述烧结体的厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内直线透过率为60％以上。
根据本发明的第十二方面，如本发明的第十一方面中所述，优选当所述的钽或铌中的至少一种的量以金属计为0.2wt％～0.7wt％，并且所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内所述直线透过率为60％以上。
根据本发明的第十三方面，提供了一种透光性氧化镥烧结体的制造方法，该制造方法包括将钽、钽化合物、铌和铌化合物中的至少一种加入到氧化镥粉末中以与其混合；使包含所述钽或所述铌中的至少一种的氧化镥成型体成型；并且在1750℃以上，在真空、氢气或稀有气体氛围下对所述氧化镥成型体进行烧结。
根据本发明的第十四方面，如本发明的第十三方面中所述，优选将所述钽、所述钽化合物、所述铌和所述铌化合物中的至少一种以金属计为0.2wt％～0.8wt％的量加入到所述氧化镥中。
根据本发明，在烧结过程中铝不在氧化镥晶粒的晶界上析出，并且可以使厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上。此外，根据本发明，即使不使用其中铝含量以金属计为5重量ppm～100重量ppm且硅含量以金属计为10重量ppm以下的特殊原料时，厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内所述直线透过率亦可达到60％以上。
此外，根据本发明的第十五方面，提供了一种透光性氧化镱烧结体，该烧结体包含作为主要成分的氧化镱；和钽或铌中的至少一种，其中，当所述烧结体的厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内直线透过率为60％以上。
根据本发明的第十六方面，如本发明的第十五方面中所述，优选当所述的钽或铌中的至少一种的量以金属计为0.1wt％～0.7wt％，并且所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内所述直线透过率为60％以上。
根据本发明的第十七方面，提供了一种透光性氧化镱烧结体的制造方法，该方法包括将钽、钽化合物、铌和铌化合物中的至少一种加入到氧化镱粉末中以与其混合；使包含钽或铌中的至少一种的氧化镱成型体成型；并且在1750℃以上，在真空、氢气或稀有气体氛围下对所述氧化镱成型体进行烧结。
根据本发明的第十八方面，如本发明的第十七方面所述，优选将所述钽、钽化合物、铌和铌化合物中的至少一种以金属计为0.1wt％～0.8wt％的量加入到氧化镱中。
根据本发明的第十九方面，提供了一种稀土氧化物烧结体，该烧结体包含氧化钇、氧化镥和氧化镱中的任一种物质作为主要成分；以及钽或铌中的至少一种，所述钽或铌中的至少一种以金属计为0.2wt％～0.5wt％；其中，当所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内，直线透过率为60％以上。
根据本发明，不需要向氧化镱烧结体中添加以金属计为5重量ppm～100重量ppm的铝和以金属计为10重量ppm以下的硅，就可以使厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率达到60％以上。
在本发明中，将400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率作为关注点。其原因在于由于可见光波长区域用于普通用途，因此规定该波长范围内的直线透过率为60％以上。然而，所述的透光性氧化物烧结体并不局限于可见光波长区域内的应用，也可以应用于紫外或红外波长区域。
具体实施例方式首先，对本发明中涉及包含钇的氧化物烧结体的一个方面进行描述。
本发明的透光性氧化钇烧结体包含作为主要成分的氧化钇以及钽和铌中的至少一种，并且当所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上。
在包含钽的情况中，当以金属计包含0.1wt％～1.3wt％的所述钽时，厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内所述直线透过率为60％以上。此外，在包含铌的情况中，当以金属计包含0.05wt％～0.5wt％的所述铌时，厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内所述直线透过率为60％以上。
在本发明中，对于钽或铌有助于提高氧化钇烧结体的透光性的原因不是很清楚。但可以认为，钽和/或铌溶解于氧化钇而形成固溶体，由此促进离子缺陷在氧化钇中扩散，从而使晶体结构均质化，并且，当添加钽和/或铌时，氧化钇的晶粒生长被延迟，从而在所述烧结过程中促进了气孔排出。由于所述作用，可以使所得到的氧化钇烧结体在厚度为1mm时、在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上。
在本发明中，当添加钽和/或铌时，为了得到透光性氧化钇烧结体，不需要特别地使用平均粒径小的氧化钇原料，而是可以使用通用粉末。然而，为了不在所述烧结体中残留气孔，优选在所述烧结前的成型阶段的孔径较小。为了得到具有这样小的孔径的成型体，优选使用具有2μm以下的平均粒径的氧化钇原料粉末。
对于氧化钇原料粉末中的铝和硅的含量不必进行严格控制。
然而，由于在烧结过程中铝容易在氧化钇的晶界上析出而形成异相，因此会阻碍所述透光性的提高。
此外，由于硅易于促进氧化钇的晶粒生长，因此其很可能减弱钽和/或铌的晶粒生长抑制作用。
因此，优选将所述氧化钇成型体中的铝和硅的浓度均设定为20ppm以下。
在本发明中，当在氧化钇中包含钽和/或铌时，可以使厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率达到60％以上。然而，特别地，当以金属计为0.1wt％～1.3wt％的量将钽加入和/或以金属计为0.05wt％～0.5wt％的量将铌加入时，可以使厚度为1mm时的所述氧化钇烧结体在400nm～800nm的可见光波长区域内实质上获得80％以上的直线透过率(尽管在部分低波长区域(400nm～500nm)可能达不到80％)。即，可以得到透光性极高的氧化钇烧结体。
当以金属计包含小于0.1wt％的钽，或者以金属计包含小于0.05wt％的铌时，钽和铌给予氧化钇的作用不充分。因此，不能得到厚度为1mm时在400nm～800nm的整个可见光波长区域内的直线透过率大于60％这样的高透光性的氧化钇烧结体。
另一方面，当以金属计包含大于1.3wt％的钽或以金属计包含大于0.5wt％的铌时，所生成的钽或铌会使所述氧化钇烧结体不能形成固溶体，并作为分散在所述氧化钇烧结体中的具有烧绿石结构的异相而存在。结果是，在这种情况中，所述透光性低下，因此也不能得到厚度为1mm时在400nm～800nm的整个可见光波长区域内的直线透过率大于60％这样的高透光性的氧化钇烧结体。
将烧结温度设定在1700℃以上。当所述烧结温度低于1700℃时，不能将所述烧结体充分致密化并且在烧结体内部残留许多气孔。因此，不能得到具有高透光性的氧化钇烧结体。
另一方面，当烧结温度超过2000℃时，所添加的钽化合物和铌化合物中包含的钽和/或铌的蒸发速度变得很快。因此，将很难控制余留在烧结体中的钽和/或铌的量。此外，在所述高温下，由于难以通过钽和/或铌来抑制氧化钇的晶粒生长速度，氧化钇会过度地生长，从而使得由所添加的钽、铌和微量杂质衍生的异相倾向于在晶界析出。由此，不能得到具有高透光性的氧化钇烧结体。
考虑到在所述氧化钇烧结体中由于促进离子缺陷的扩散而导致晶体结构均质化和防止异相伴随着过度的晶粒生长而在晶界析出，所述烧结温度的优选范围为1800℃～1950℃。
当在烧结过程中将稀有气体用于气氛时，氦是稀有气体中最优选的。这是因为，氦的扩散速度最快，并且残留在烧结体中的气泡最少。
当钽和/或铌在烧结体中大量余留时，即使钽和/或铌的量在本发明的范围之内，尽管对可见光的直线透过率足够高，往往也会产生条纹。当该烧结体用于不希望有条纹的用途时，必须降低钽和/或铌的量，以便消除所述条纹。但是，当降低钽和/或铌的量时，对可见光的直线透过率会倾向于劣化。考虑到这个问题，本发明人发现，当增大氧化钇的比表面积时，直线透过率的劣化倾向可得到抑制。即，根据如本发明第七和第八方面所述的制造方法，可得到本发明第九和第十方面所述的烧结体。
第一实施例的第1部分向具有1μm的平均粒径、2.1m2/g的比表面积和99.9％的纯度(铝浓度1ppm；硅浓度18ppm)的氧化钇粉末中，加入乙醇、丙烯酸类粘合剂和列于表1-1的钽化合物或铌化合物，然后在球磨机中用氧化锆磨球混合12小时。采用喷雾干燥器，由这样得到的浆料来制备具有40μm的平均粒径的造粒粉末。将所述造粒粉末在20MPa下进行单轴成型，随后通过在150MPa下应用冷静水压加压(CIP)形成成型体，然后进一步在空气中进行脱蜡。将该脱蜡体在列于表1-1的温度下和气氛中进行烧结以形成烧结体。将所述烧结体加工成具有20mm的直径和1mm的厚度的双面光学研磨品。使用分光光度计测定其在400nm～800nm的直线透过率。作为测定结果，在表1-1中显示了作为实例的在600nm处的直线透过率以及在400nm～800nm波长区域内的评价结果。
在表1-1的评价栏中，标记“e”(优异)表示该样品在400nm～800nm的区域内的直线透过率实质上为80％以上；标记“g”(良好)表示该样品在400nm～800nm的区域内的直线透过率小于80％且大于等于60％；标记“b”(低劣)表示该样品在400nm～800nm的区域内的直线透过率部分地小于60％。此外，将测定后的烧结体洗净，并利用ICP(感应耦合等离子体)发射光谱法进行钽、铌、铝和硅的浓度的测定。将测定结果一起列于表1-1。
(续)
由表1-1显而易见，根据本发明的氧化钇烧结体，不用将铝含量以金属计设定为5重量ppm～100重量ppm和将硅含量以金属计设定为10重量ppm以下，就可以使厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内直线透过率达到60％以上。
此外，以往，当添加氧化钙或氧化锆以提高所述透光性时，需要将氧化钇的粒径设定为0.5μm以下。然而，根据本发明，不用将氧化钇粒径缩小到0.5μm以下这样小，就可以使厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率达到60％以上。
第一实施例的第2部分分别制备以下三种氧化钇粉末(1)具有1.2μm的平均粒径、5.4m2/g的比表面积和99.9％的纯度(铝浓度1ppm；硅浓度11ppm)的氧化钇粉末；(2)具有1.1μm的平均粒径、46m2/g的比表面积和99.9％的纯度(铝浓度1ppm；硅浓度11ppm)的氧化钇粉末；以及(3)具有1.4μm的平均粒径、4.3m2/g的比表面积和99.9％的纯度(铝浓度1ppm；硅浓度11ppm)的氧化钇粉末。
向以上的三种氧化钇粉末中加入乙醇、丙烯酸类粘合剂和列于表1-2的钽化合物或铌化合物，然后在球磨机中用氧化锆磨球混合12小时。采用喷雾干燥器，由这样得到的各浆料来制备具有40μm的平均粒径的造粒粉末。
将所述造粒粉末在20MPa下进行单轴成型，随后通过在150MPa下应用冷静水压加压(CIP)形成成型体，然后进一步在空气中进行脱蜡。将该脱蜡体在列于表1-2的温度下和气氛中进行烧结以形成烧结体。将所述烧结体加工成具有20mm的直径和1mm的厚度的双面光学研磨品。
使用分光光度计测定其在400nm～800nm的直线透过率。测定结果显示于表1-2中。在表1-2的评价栏中，标记“e”(优异)表示该样品在400nm～800nm的区域内的直线透过率实质上为80％以上；标记“g”(良好)表示该样品在400nm～800nm的区域内的直线透过率小于80％且大于等于60％；标记“b”(低劣)表示该样品在400nm～800nm的区域内的直线透过率部分地小于60％。
此外，目视评价是否存在条纹。在表1-2的评价栏中，标记“否”表示在该样品中没有观察到条纹，标记“是”表示在该样品中发现条纹，标记“-”表示因为透光性不足，无法判断该样品中是否存在条纹。再进一步地，将测定后的烧结体洗净，并利用ICP(感应耦合等离子体)发射光谱法进行钽和铌的浓度的测定。将测定结果一起列于表1-2。
(续)
(续)
由表1-2显而易见，对于本发明的氧化钇烧结体，在所述比表面积和钽和铌的含量受到控制时，可获得不含条纹的烧结体。
其次，对本发明的涉及包含镥的氧化物烧结体的一个方面进行描述。
本发明的透光性氧化镥烧结体包含氧化镥作为主要成分和钽或铌中的至少一种，并且当所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上。当以金属计包含0.2wt％～0.7wt％的钽或铌时，可以得到当所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内60％以上的直线透过率。
在本发明中，对于钽或铌有助于提高氧化镥烧结体的透光性的原因不是很清楚。但可以认为，钽或铌溶解于氧化镥而形成固溶体，由此促进离子缺陷在氧化镥中扩散，从而使晶体结构均质化，并且，当添加钽或铌时，氧化镥的晶粒生长被延迟，从而在所述烧结过程中促进了气孔排出。由于所述作用，可以使所得到的氧化镥烧结体在厚度为1mm时、在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上。
在本发明中，当添加钽或铌时，为了得到透光性氧化镥烧结体，不必特别地使用平均粒径小的氧化镥原料，而是可以使用通用粉末。然而，为了不在所述烧结体中残留气孔，优选在所述烧结前的成型阶段的孔径较小。为了得到具有这样小的孔径的成型体，优选使用具有2μm以下的平均粒径的氧化镥原料粉末。
对于在氧化镥原料粉末中的铝和硅的含量不必进行严格控制。然而，由于在烧结过程中铝容易在氧化镥晶粒的晶界上析出而形成异相，因此会阻碍透光性的提高。此外，由于硅易于促进氧化镥的晶粒生长，因此其很可能减弱钽或铌的晶粒生长抑制作用。因此，优选将所述氧化镥成型体中的铝和硅的浓度均设定在20ppm以下。
在本发明中，当在氧化镥中包含钽或铌时，可以使厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率达到60％以上。然而，特别地，当以金属计为0.2wt％～0.7wt％的量将钽或铌加入时，可以使厚度为1mm时的所述氧化镥烧结体在400nm～800nm的可见光波长区域内实质上获得78％以上的直线透过率(尽管在部分低波长区域(400nm～500nm)可能达不到78％)。即，可以得到透光性极高的氧化镥烧结体。
当以金属计包含小于0.2wt％的钽或铌时，钽或铌给予氧化镥的作用不充分。因此，不能得到厚度为1mm时在400nm～800nm的整个可见光波长区域内的直线透过率大于60％这样的高透光性的氧化镥烧结体。
另一方面，当以金属计包含大于0.7wt％的钽或铌时，所生成的钽或铌会使所述氧化镥烧结体不能形成固溶体，并且钽或铌作为分散在所述氧化镥烧结体中的异相而存在。结果是，所述透光性低下，因此不能得到厚度为1mm时在400nm～800nm的整个可见光波长区域内的直线透过率大于60％这样的高透光性的氧化镥烧结体。
可以以以下方式制造根据本发明的透光性氧化镥烧结体将钽、钽化合物、铌和铌化合物中的至少一种加入到氧化镥粉末中以成型为成型体，并且对所述成型体进行烧结。在此用作原料的氧化镥粉末可以是上述通用粉末。然而，优选使用具有2μm以下的平均粒径的氧化镥粉末。此外，在所述氧化镥成型体中铝和硅的浓度均优选为20ppm以下。以单轴模具成型后，根据诸如冷静水压加压(CIP)等普通方法进行所述成型。此后，将所述成型体脱蜡和烧结以形成烧结体。所述烧结在真空、氢气或稀有气体氛围中进行。为了提高氧化镥烧结体的透光性，必须尽量将所述烧结体中的残留气孔减小到最低程度。为此，烧结气氛优选为扩散速度快的氢气、真空或稀有气体氛围。
当在烧结过程中将稀有气体用于气氛时，氦是稀有气体中最优选的。这是因为，氦的扩散速度最快，并且残留在烧结体中的气泡最少。
此外，将烧结温度设定在1750℃以上并且优选在1800℃以上，以促进晶粒中的离子缺陷的扩散，从而将晶体结构均质化。当所述烧结温度低于1750℃时，由于不能得到充分的致密化，并且很多气孔残留在所述烧结体内部，因此不能得到当厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上这样的高透光性的烧结体。该烧结温度的上限与所述氧化钇烧结体的烧结温度上限相同。相应地，考虑到防止异相伴随着过度的晶粒生长而在晶界上析出，优选将所述烧结温度的上限设定为2000℃，更优选设定为1950℃。
第二实施例向具有1μm的平均粒径和99.9％的纯度(铝浓度1ppm；硅浓度18ppm)的氧化镥粉末中，加入乙醇、丙烯酸类粘合剂和列于表2的钽化合物或铌化合物，然后在球磨机中用氧化锆磨球混合12小时。采用喷雾干燥器，由这样得到的浆料制备具有45μm的平均粒径的造粒粉末。将所述造粒粉末在20MPa下进行单轴成型后，通过在150MPa下应用冷静水压加压(CIP)成型为成型体，然后进一步在700℃于空气中进行脱蜡。将该脱蜡体在列于表2的温度和气氛中进行烧结以形成烧结体。将所述烧结体加工成具有20mm的直径和1mm的厚度的双面光学研磨品。使用分光光度计测定在400nm～800nm的直线透过率。作为测定结果，在表2中显示了作为实例的在600nm处的直线透过率以及在400nm～800nm波长区域内的评价结果。
在表2的评价栏中，标记“e”(优异)表示该样品在400nm～800nm全区域内的直线透过率为78％以上；标记“g”(良好)表示该样品在400nm～800nm全区域内的直线透过率为60％以上；标记“b”(低劣)表示该样品在400nm～800nm的区域内的直线透过率部分地小于60％。此外，将测定后的烧结体洗净，利用ICP发射光谱法进行钽、铌、铝和硅的浓度的测定。将测定结果一起列于表2。
(续)
(续)
由表2显而易见，对于本发明的氧化镥烧结体，不需要像以前那样将铝含量以金属计设定为5重量ppm～100重量ppm和将硅含量以金属计设定为10重量ppm以下，就可以使所述烧结体在厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上。
而且，当将钽或铌的添加量以金属计设定为0.2wt％以上时，可以使厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率实质上达到78％以上。
接下来将对本发明的涉及包含镱的氧化物烧结体的一个方面进行描述。
根据本发明的透光性氧化镱烧结体包含氧化镱作为主要成分以及钽或铌中的至少一种，并且当所述烧结体在厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上。此外，当以金属计包含0.1wt％～0.7wt％的所述钽或铌时，可以得到在厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为78％以上这样的高透光性的透光性氧化镱烧结体(注虽然在部分低波长侧(400nm～500nm)该直线透过率可能达不到78％，但是在该可见光波长区域内可以实质上获得78％以上的直线透过率)。
当以金属计包含小于0.1wt％的钽或铌时，钽或铌给予氧化镱的作用不充分。因此，不能得到在厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率大于60％这样的高透光性的氧化镱烧结体。
另一方面，当以金属计包含大于0.7wt％的钽或铌时，不能溶解在氧化镱中而形成固溶体的钽或铌将作为分散在所述氧化镱烧结体中的异相而存在。结果是，所述透光性低下，因此不能得到当厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率大于60％这样的高透光性的氧化镱烧结体。
本发明的透光性氧化镱烧结体的制造方法可以以以下方式进行将钽、钽化合物、铌或铌化合物中的至少一种加入到氧化镱粉末中并且与其混合。使所述混合材料成型为包含钽或铌的氧化镱成型体。然后，在1750℃以上，在真空、氢气或稀有气体氛围下对所述成型体进行烧结。
当在烧结过程中将稀有气体用于气氛时，氦是稀有气体中最优选的。这是因为，氦的扩散速度最快，并且残留在烧结体中的气泡最少。
当所述烧结温度低于1750℃时，由于不能充分地进行所述烧结，因此不能得到当厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率大于60％这样的高直线透过率的透光性氧化镱烧结体。此外，出于与氧化镥烧结体的制造方法所述相同的原因，所述烧结温度优选为2000℃以下，更优选为1950℃以下。当将钽、钽化合物、铌或铌化合物中的至少一种物质相对于氧化镱的添加量设定为0.2wt％～0.8wt％时，可以得到当厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率大于60％这样的高直线透过率的透光性氧化镱烧结体。
在本发明中，对于钽或铌有助于提高氧化镱烧结体的透光性的原因不是很清楚。但可以认为，钽或铌溶解于氧化镱而与其形成固溶体，由此促进离子缺陷在氧化镱中扩散，从而使晶体结构均质化。当添加钽或铌时，氧化镱的晶粒生长被延迟，从而在所述烧结过程中促进了气孔排出。由于所述作用，可以使所得到的氧化镱烧结体在厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上。
用于得到透光性氧化镱烧结体的氧化镱原料的原料粉末可以是通用细粉末。然而，为了不在烧结体中残留气孔，在所述烧结前的成型体中的孔径优选尽可能小。为了得到具有这样小的孔径的成型体，优选使用具有2μm以下的平均粒径的氧化镱原料粉末来形成成型体。对于在氧化镱原料粉末中的铝和硅的含量不必严格控制。然而，由于在所述烧结过程中铝容易在氧化镱晶粒的晶界上析出从而形成异相，因此会阻碍所述透光性的提高。此外，由于硅易于促进氧化镱的晶粒生长，因此其很可能会减弱钽或铌的晶粒生长抑制作用。因此，优选将所述氧化镱成型体中的铝和硅的浓度均设定在20ppm以下。然而，当将钽或铌的添加量适当地提高时，即使硅的浓度大于20ppm，仍然可以使所述烧结体在厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率达到70％以上。
第三实施例向具有1μm的平均粒径和99.9％的纯度(铝浓度1ppm；硅浓度18ppm)的氧化镱粉末中，加入乙醇、丙烯酸类粘合剂和列于表3的氧化铌，然后在球磨机中用氧化锆磨球混合20小时。采用喷雾干燥器，由这样得到的浆料制备具有50μm的平均粒径的造粒粉末。将所述造粒粉末在10MPa下进行单轴成型后，在100MPa下应用冷静水压加压(CIP)以使其成型为成型体，然后进一步在900℃于空气中进行脱蜡。将该脱蜡体在列于表3的温度下和气氛中进行烧结以形成烧结体。将所述烧结体加工成具有20mm的直径和1mm的厚度的双面光学研磨品。使用分光光度计测定其在400nm～800nm的直线透过率。对在700nm处的直线透过率(％)和400nm～800nm范围内的透光率进行测定。在表3中，用标记“e”(优异)表示测量值实质上达到78％以上；用标记“g”(良好)表示测量值为60％以上；用标记“b”(差)表示测量值小于60％。
(续)
如表3所示，根据本发明，不需要将铝含量以金属计设定为5重量ppm～100重量ppm和将硅含量以金属计设定为小于10重量ppm，当包含钽或铌时，可以得到在厚度为1mm时、在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上的氧化镱烧结体。特别是，当将钽或铌的添加量以金属计设定在0.2wt％～0.7wt％时，可以使厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率实质上达到78％以上。更进一步，可以发现对于得到透光性氧化镱烧结体，1750℃以上的烧结温度是必要的。
对于氧化镥或氧化镱，当需要避免产生条纹时，与氧化钇的情况一样，所用的主要原料的比表面积为5m2/g以上，并减少钽或铌的量。
尽管已经结合本发明的优选实施方案进行了描述，然而对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离本发明的要旨的情况下对本发明作出各种改变和改进，因此所附权利要求中将致力于涵盖落入本发明的真正精神和范围内的所有的这样的改变和改进。
权利要求
1.一种透光性氧化钇烧结体，该烧结体包含作为主要成分的氧化钇；和钽和铌中的至少一种，其中，当所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上。
2.如权利要求1所述的透光性氧化钇烧结体，其中，所述钽的量以金属计为0.1wt％～1.3wt％，而且当所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上。
3.如权利要求2所述的透光性氧化钇烧结体，其中，所述钽的含量以金属计为0.1wt％～0.3wt％；当所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上，并且所述烧结体不包含条纹。
4.如权利要求1所述的透光性氧化钇烧结体，其中，所述铌的含量以金属计为0.05wt％～0.5wt％，并且当所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上。
5.如权利要求4所述的透光性氧化钇烧结体，其中，所述铌的含量以金属计为0.05wt％～0.2wt％；当所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上，并且所述烧结体不包含条纹。
6.一种透光性氧化钇烧结体的制造方法，该方法包括将钽、钽化合物、铌和铌化合物中的至少一种加入到氧化钇粉末中以与所述氧化钇粉末混合；使所述混合材料成型为包含所述钽和所述铌中的至少一种的氧化钇成型体；并且在1700℃～2000℃，在真空、氢气或稀有气体氛围下对所述氧化钇成型体进行烧结。
7.如权利要求6所述的透光性氧化钇烧结体的制造方法，其中，将所述钽或所述钽化合物以金属计为0.2wt％～1.5wt％的量加入到氧化钇中。
8.如权利要求6所述的透光性氧化钇烧结体的制造方法，其中，将所述铌或所述铌化合物以金属计为0.1wt％～1.0wt％的量加入到氧化钇中。
9.如权利要求6所述的透光性氧化钇烧结体的制造方法，其中，所述氧化钇粉末的比表面积为5m2/g～50m2/g；而且所述钽和钽化合物中的至少一种的添加量以金属计为0.2wt％～1.5wt％。
10.如权利要求6所述的透光性氧化钇烧结体的制造方法，其中，所述氧化钇粉末的比表面积为5m2/g～50m2/g；而且所述铌和铌化合物中的至少一种的添加量以金属计为0.1wt％～1.0wt％。
11.一种透光性氧化镥烧结体，该烧结体包含作为主要成分的氧化镥；和钽和铌中的至少一种，其中，当所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上。
12.如权利要求11所述的透光性氧化镥烧结体，其中，以金属计，当所述钽和所述铌中的至少一种的量为0.2wt％～0.7wt％，并且所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内的所述直线透过率为60％以上。
13.一种透光性氧化镥烧结体的制造方法，该方法包括将钽、钽化合物、铌和铌化合物中的至少一种加入到氧化镥粉末中以与所述氧化镥粉末混合；使包含所述钽和所述铌中的至少一种的氧化镥成型体成型；并且在1750℃以上，在真空、氢气或惰性气体氛围下对所述氧化镥成型体进行烧结。
14.如权利要求13所述的透光性氧化镥烧结体的制造方法，其中将所述钽、所述钽化合物、所述铌和所述铌化合物中的至少一种以金属计为0.2wt％～0.8wt％的量加入到所述氧化镥中。
15.一种透光性氧化镱烧结体，该烧结体包含作为主要成分的氧化镱；和钽和铌中的至少一种，其中，当所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上。
16.如权利要求15所述的透光性的氧化镱烧结体，其中，以金属计，当所述钽和铌中的至少一种的量为0.1wt％～0.7wt％，并且所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内的所述直线透过率为60％以上。
17.一种透光性氧化镱烧结体的制造方法，该方法包括将钽、钽化合物、铌和铌化合物中的至少一种加入到氧化镱粉末中以与所述氧化镱粉末混合；使包含钽和铌中的至少一种的氧化镱成型体成型；并且在1750℃以上，在真空、氢气或惰性气体氛围下对所述氧化镱成型体进行烧结。
18.如权利要求17所述的氧化镱烧结体的制造方法，其中，将所述钽、钽化合物、铌和铌化合物中的至少一种以金属计为0.1wt％～0.8wt％的量加入到氧化镱中。
19.一种稀土氧化物烧结体，该烧结体包含氧化钇、氧化镥和氧化镱中的任一种物质作为主要成分；以及钽和铌中的至少一种，所述钽和铌中的至少一种以金属计为0.2wt％～0.5wt％；其中，当所述烧结体的厚度为1mm时，在400nm～800nm的可见光波长区域内，直线透过率为60％以上。
全文摘要
本发明涉及透光性稀土氧化物烧结体及其制造方法，其目的在于得到透光性氧化钇烧结体，该烧结体在厚度为1mm时在400nm～800nm的可见光波长区域内的直线透过率为60％以上，其不使用容易在氧化钇的晶界上析出的铝，不使用其中将硅含量特别降低的特殊原料并且不需要将原料微粉碎。本发明提供一种透光性氧化钇烧结体，该烧结体包含氧化钇作为主要成分以及钽或铌中的至少一种或者同时包含钽和铌，并且具有在厚度为1mm时、在400nm～800nm的可见光波长区域内为60％以上的直线透过率。
文档编号C04B35/622GK1958512SQ20061014279
公开日2007年5月9日 申请日期2006年10月31日 优先权日2005年10月31日
发明者藤田光广, 入江正树 申请人:东芝陶磁股份有限公司