[发明专利]多晶YAG烧结体及其制造方法

说明书

一种多晶YAG烧结体，其特征在于，在将包围YAG烧结体的最小的长方体的尺寸设为Amm×Bmm×Cmm时，最大值(A,B,C)小于等于150mm，最小值(A,B,C)大于20mm且小于等于40mm，并且在使波长300nm～1500nm(但是，不包括存在由添加元素引起的吸收的波长)的光透过时的光损耗系数为0.002cm^‑1以下。另外，一种多晶YAG烧结体，其特征在于，在将包围YAG烧结体的最小的长方体的尺寸设为Amm×Bmm×Cmm时，最大值(A,B,C)大于150mm且小于等于300mm，最小值(A,B,C)大于5mm且小于等于40mm，并且在使波长300nm～1500nm(但是，不包括存在由添加元素引起的吸收的波长)的光透过时的光损耗系数为0.002cm^‑1以下。本发明的实施方式的课题在于提供一种大型且透明的多晶YAG烧结体及其制造方法。

技术领域

本发明涉及多晶YAG(钇铝石榴石)烧结体及其制造方法。

背景技术

YAG(钇铝石榴石)为包含钇和铝的复合氧化物(Y₃Al₅O₁₂)的石榴石结构的晶体。一直以来，已知：1)通过添加在稀土元素中的从原子序数57的Ce至原子序数70的Yb的元素而使构成YAG的Y元素进行置换固溶；或者2)通过添加在过渡金属中的从原子序数22的Ti至原子序数28的Ni的元素而使构成YAG的Al元素进行置换固溶，由此置换后的元素成为发光中心并且具有强荧光，并且使用其制作了荧光体、激光介质等。另外，由于不添加任何元素的YAG自身在可见光区域中是透明的且坚硬(硬度8.5)，因此可以用作能够在严苛环境(等离子体等)下使用的窗(窗口)用材料。

迄今为止，这样的YAG陶瓷通过将容易制作的粉末形状包埋在树脂中而使用、或者通过生长单晶而使用。但是，虽然容易制作粉末，但是发光容易被散射，发光效率不高。另一方面，虽然单晶的散射少从而发光效率高，但是由于在单晶的生长时在接近2000℃的高温下从氧化物的熔融液中生长单晶，因此需要使用在高温下具有抗氧化性的极其昂贵的铱，并且生长速度也必须设定为极慢的约1mm/小时，否则会产生大量缺陷，从而使透射性变差、晶体自身的强度也变差。另外，所生长的单晶中存在大量微裂纹，存在在加工成所要求的形状时发生预料外的破裂的问题。

近年来，已经实现了通过使用与制作普通的陶瓷时同样的成型烧结的方法来制作尽可能抑制存在于晶界处的孔隙(空隙)的多晶YAG，并且已知该多晶YAG显示出优异的透射特性，尽管略逊色于单晶。另外，由于通过与陶瓷同样的粉末烧结而制作，因此没有在单晶的熔融液生长中观察到的添加元素的偏析现象(在所生长的锭中在添加元素的浓度方面观察到梯度的现象)，并且由于添加元素的固溶极限也比单晶生长时高，因此能够制作抵消比单晶差的透射特性的程度的明亮的荧光体、发光强度高的激光介质。作为涉及多晶YAG烧结体的发明，例如可以列举专利文献1、2。

由于激光能够产生高的光量密度，因此能够对物质施加局部极强的电磁场，近年来，进行了大量的应用激光的研究。例如，金属等的切割(激光加工)；通过对熔融锡等的液滴照射激光而形成等离子体，并利用该等离子体生成极远紫外光从而应用于超微细光刻用光源；利用激光有效地进行重粒子加速，并对患部照射进行加速后的重粒子从而有助于癌症治疗；等。在这样的领域中使用的激光器被称为高功率激光器，是在激光器中光强度特别强的激光器，由于大型品的制作比较容易，因此迄今为止使用添加了钕或镱的玻璃等作为高功率激光器用的激光介质。

然而，添加了钕等的玻璃等的机械强度弱、导热性也差，因此一旦振荡时，冷却要花费数小时，在连续使用上存在问题。在这一点上，由于上述的YAG的机械强度高并且导热性也良好，因此特别适合作为高功率激光器用激光介质。另外，激光介质越大，越能够构建高输出功率的激光器，此外，由于通过粉末烧结而制作，因而容易大型化，因此可以说在质量上可与单晶媲美的多晶YAG(烧结体)是最佳的激光介质。另一方面，自1995年首次制作激光振荡的多晶YAG以来已经20年以上，但是迄今为止最大的尺寸为约φ100mm。

现有技术文献