[发明专利]有色尖晶石电光陶瓷

说明书

技术领域

本发明涉及有色电光陶瓷、其应用及其制备方法。本发明进一步涉及由该电光陶瓷制成的有源(active)和无源(passive)光学元件，以及包含这种光学元件的激光系统。

为本发明的目的，术语“电光陶瓷”表示一种具有高透明度的、基本上是单相多晶氧化物基的材料。电光陶瓷相应地理解为陶瓷的一种特定子群。

为本发明的目的，术语“单相”表示95％以上、优选至少97％、更优选至少99％、尤其优选99.5-99.9％的材料以具有目标组成的晶体形式存在。个体微晶紧密堆积，并具有至少99％、优选99.9％、更优选99.99％的理论密度值。因此，电光陶瓷实质上是无孔的。

背景技术

电光陶瓷与常规玻璃陶瓷的不同之处在于，后者不仅包含晶体相，还包含高比例的非晶玻璃相。此外，常规陶瓷并不具备电光陶瓷中的高密度。无论玻璃陶瓷还是常规陶瓷，都不具备电光陶瓷的有利性能，例如特殊的折射率、阿贝数、相对部分色散值，尤其是在可见光波段和/或红外波段有利的高透明度。

激光系统发展的一个目的在于提供对环境影响表现出高抵抗性的激光系统，尤其是对机械环境影响，如振动或冲击。

单晶材料常常用于激光系统中，特别是作为激光晶体来使用。

然而，已知的用于制备单晶的晶体拉制工艺成本很高，并且在化学组成上受到相当的限制。此外，无法将单晶制备成接近于大多数应用的最终形状，这导致最终机械加工的大量额外支出，还有可能会加工掉大量的材料。这也意味着经常需要制备出明显大于最终需要的光学元件的单晶。

比如日本公开说明书JP2000-203933公开了用特定烧结工艺制备多晶YAG。此外，具有光学性能的多晶YAG的制备，例如掺杂诸如Nd的激光活性离子，最近也取得成功。

Ji等(″La₂Hf₂O₇∶Ti⁴⁺Ceramic scintillator for X-ray imaging″，J.MaterRes.Vol.20(3)567-570(2005))记载了具有La₂Hf₂O₇组成的透明陶瓷。所述陶瓷用钛掺杂。还记载了另外的掺杂了其它掺杂剂如Eu⁴⁺、Tb³⁺或Ce³⁺的这类陶瓷，例如Ji等(″Preparation and spectroscopic properties of La₂Hf₂O₇Tb″Materials Letters，59(8-9)，868-871，Apr 2005和″Fabrication and spectroscopic investigation of La₂Hf₂O₇-based phosphors″.High Performance Ceramics III，parts 1 and 2，280-283；577-579 1∶2)。此外，上述作者也记载了上述化合物的未掺杂变体(″Fabrication of transparent La₂Hf₂O₇ ceramics from combustion synthesized powders″Mat.Res.Bull.40(3)553-559(2005))。

比如在Silva等人的综述性文章(Recent Patents on Material Science2008，1，56-73)中对光学透明无机陶瓷材料领域专利的更近的发展状况做了总结。该文章记载了包含氧化铝、氮氧化铝、钙钛矿、钇铝石榴石、PLZT陶瓷、Mg-Al尖晶石、氧化钇和REE氧化物的光学透明无机材料。

为解决上述问题，某些时候也会考虑任选掺杂的具有MgO-Al₂O₃组成的尖晶石陶瓷。这种陶瓷的实例被公开，如在如下文件中，即US3536839、US3531308、US4584151、EP0334760B1、US3974249、WO2006/104540A2、US3767745、EP0447390B1、US5082739、EP 0332393Al、US4273587、GB2031339、JP04016552和WO2008/090909。然而，由于所有的这些文件记载的是对相同的基质媒质进行掺杂，因此，这类陶瓷仅能在局限的程度上满足不同的需求。