(57)【要約】【課題】  ルテチウムを含む多結晶質透明セラミック製品を提供する。【解決手段】  製品は、タイプＡ格子位置とタイプＢ格子位置とを含む多結晶構造を有する酸化物を含む。当該酸化物は式ＡＢＯ３のものであり、式中、ＡはタイプＡ格子位置を占める物質を表し、ＢはタイプＢ格子位置を占める物質を表す。Ａはルテチウムを含む複数の元素を含んでいて、ルテチウムは上記酸化物の約０．５モル分率以上の量で存在し、Ｂはアルミニウムを含む。ルテチウム系製品を含む撮像装置、レーザーアセンブリ及びシンチレータを提供する。上記製品の製造方法も提供される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイプＡ格子位置とタイプＢ格子位置とを含む式ＡＢＯ３（式中、ＡはタイプＡ格子位置を占める物質を表し、ＢはタイプＢ格子位置を占める物質を表す。）の多結晶構造を有する酸化物を含んでなる製品であって、Ａがルテチウムを含めた複数の元素を含んでいて、ルテチウムが上記酸化物の約０．５モル分率以上の量で存在し、Ｂがアルミニウムを含む、製品。
【請求項２】
Ａが、ガドリニウム、テルビウム、イッテルビウム及びこれらの組合せからなる群から選択される希土類元素を含む、請求項１記載の製品。
【請求項３】
Ａがイットリウムを含む、請求項１記載の製品。
【請求項４】
Ａが、約０．００２５〜約０．５モル分率の範囲内の量で存在するイットリウムと約０．００２５〜約０．５モル分率の範囲内の量で存在する希土類元素とを含む、請求項１記載の製品。
【請求項５】
Ａが、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、マグネシウム及びこれらの組合せからなる群から選択されるアルカリ土類元素をさらに含む、請求項１記載の製品。
【請求項６】
Ｂが、ケイ素、ゲルマニウム、チタン、亜鉛、ハフニウム、ニオブ、タンタル及びこれらの組合せからなる群から選択される１種以上の追加元素をさらに含む、請求項１記載の製品。
【請求項７】
当該製品が本質的にペロブスカイト構造からなる、請求項１記載の製品。
【請求項８】
さらにセリウム、ネオジム、ユーロピウム、テルビウム、プラセオジム、ツリウム、ホルミウム、クロム、チタン及びこれらの組合せからなる群から選択される１種以上のドーパントを約０．００５〜約１５モル％の範囲内の濃度で含む、請求項１記載の製品。
【請求項９】
当該製品がさらに結晶子サイズ約１０ｎｍ〜約１０μｍの範囲内の複数の結晶子を含む、請求項１記載の製品。
【請求項１０】
酸化物が透明である、請求項１記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に多結晶質透明セラミック製品に関し、特に光学用途向けのルテチウム系組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ルテチウム系光学組成物のようなセラミック材料は、シンチレータ、レーザー及び撮像技術に数多くの用途を有する。光学用途では、散乱や吸収による光損失を低減するため透明加工品が必要とされることが多い。そのため、加工品は単相ミクロ組織を有するのが概して望ましい。さらに、多くの用途では、材料が特定の波長域の光又は電磁波を発することが望まれる。光学材料において、発光の波長域や光変換効率のような光学的特性は、１種以上のドーパントの選択的使用と材料中のドーパント濃度の調節によって調整つまり「チューニング」できる。
【０００３】
最新の用途では単結晶光学材料が用いられることが多いが、その製造には多大なコストと時間がかかる。さらに、単結晶での光学的調整は、結晶形成時のドーピングが難しいため達成困難であることが多い。
【０００４】
代替法は多結晶材料を用いることである。多結晶材料は単結晶材料に比べてドーピングが容易である。多結晶材料の性能及び有用性は、材料を構成する結晶子のサイズ、形状及び形態（モルフォロジー）によってある程度左右されるが、これらは加工処理によって制御することができる。
【０００５】
透明品を得るための多結晶セラミック材料の加工には、高温暴露が必要とされることがあり、その際、結晶粒成長、相変態その他の関連メカニズムのような熱活性化プロセスのため望ましいミクロ組織が損なわれることがある。
【特許文献１】米国特許第５２４２６２０号明細書
【非特許文献１】Jiri A. Mares et al., "Growth and Properties of Ce３＋-Doped Luｘ(RE３＋)１−ｘAP Scintillators", Elsevier Science, Optical Materials, Volume 19, pp.117-122, 2002
【非特許文献２】J. A. Mares et al., "Cerium-Doped RE３＋AlO３ Perovskite Scintillators: Spectroscopy and Radiation Induced Defects", Elsevier Science, Journal of Alloys and Compounds, Volumes 275-277, pp.200-204, 1998
【非特許文献３】J. A. Mares et al., "Scintillation and Spectroscopic Properties of Ce３＋-Doped YAlO３ and Luｘ(RE)１−ｘAlO３ (RE=Y３ and Gd３＋) Scintillators", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Volume 498, pp.312-327, 2003
【非特許文献４】J. A. Mares et al., "Spectroscopy and Transfer Processes in LuｘGd１−ｘAlO３:Ce Scintillators", Elsevier Science, Journal of Luminescence, Volumes 72-74, pp.737-739, 1997
【非特許文献５】A. Lempiski et al., "Lutetium Aluminate: Spectroscopic and Scintillation Properties", IEEE Transactions on Nuclear Science, Volume 43, No. 3, pp.1316-1320, June 1996
【非特許文献６】Jiri A. Mares, "Spectroscopy and Characterisation of Ce３＋-Doped Pure or Mixed Luｘ(RE３＋)１−ｘAlO３ Scintillators", Journal of Alloys and Compunds, Volumes 300-301, pp.95-100, 2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、効率的かつ経済的で頑強な多結晶質光学組成物を提供するため、これらの問題を解決することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態は上記その他のニーズに取り組んだものである。一実施形態では、製品は、タイプＡ格子位置とタイプＢ格子位置とを含む多結晶構造を有する酸化物を含む。当該酸化物は式ＡＢＯ３のものであり、式中、ＡはタイプＡ格子位置を占める物質を表し、ＢはタイプＢ格子位置を占める物質を表す。Ａはルテチウムを含む複数の元素を含んでいて、ルテチウムは上記酸化物の約０．５モル分率以上の量で存在し、Ｂはアルミニウムを含む。本発明の他の実施形態としては、当該製品からなる発光媒体を有するレーザーアセンブリ、並びに当該製品からなるシンチレータを備える撮像装置が挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって、理解を深めることができるであろう。
【０００９】
本明細書において、単数形の冠詞は「１以上」の意味である。
【００１０】
また、本明細書で用いる「約」という用語は±０．００１％を示す。「放射線」という用語は電磁波の全スペクトル域をいう。「光」という用語は電磁スペクトルの可視域についていう。
【００１１】
一実施形態では、タイプＡ格子位置とタイプＢ格子位置とを含む多結晶構造を有する酸化物を含む製品を提供する。酸化物は式ＡＢＯ３のものであり、式中、ＡはタイプＡ格子位置を占める物質を表し、ＢはタイプＢ格子位置を占める物質を表す。一実施形態では、Ａはルテチウム（Ｌｕ）に加えて複数の元素を含み、Ｂはアルミニウム（Ａｌ）を含む。ルテチウムは酸化物の約０．５モル分率以上の量で存在する。
【００１２】
本明細書で用いる「製品」という用語は、特記しない限り、上述の製品を示す。「酸化物」というは、特記しない限り、上述の酸化物を示す。
【００１３】
酸化物中のルテチウム濃度が高いと製品に望ましいレベルの密度を付与する傾向がある。多くの光学用途において、高密度は材料の放射線阻止能に寄与するが、これはシンチレータのような製品の性能を向上させる。ある実施形態では、Ｌｕの濃度は約０．５モル分率〜約０．９９５モル分率の範囲内にある。特定の実施形態では、Ｌｕは約０．８〜約０．９９５モル分率の範囲内の量で存在する。
【００１４】
一実施形態では、酸化物を有する製品はタイプＡ格子位置にルテチウムに加えて希土類元素（ＲＥ）を含む。特定の実施形態では、希土類元素はガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）及びイッテルビウム（Ｙｂ）の１種以上を含む。以降で説明する通り、ＲＥの添加は望ましい結晶構造の安定化に役立つ。一実施形態では、ＲＥの濃度は約０．００５モル分率を超える。ある実施形態では、ＲＥは約０．００５モル分率〜約０．５モル分率の範囲で存在する。
【００１５】
ある実施形態では、酸化物を有する製品はタイプＡ格子位置にさらに遷移金属、例えばイットリウム（Ｙ）を含む。イットリウムの添加は望ましい結晶構造を得るのに役立つ。さらに、イットリウムが存在すると、製品の追加の加工に要する温度を下げることができる。一実施形態では、イットリウムの濃度は約０．００５モル分率を超える。ある実施形態では、イットリウムの濃度は約０．００５モル分率〜約０．５モル分率の範囲内にある。
【００１６】
具体的な実施形態では、酸化物を有する製品は、格子に既に存在するルテチウムに加えて、タイプＡ格子位置に約０．００２５モル分率〜約０．５モル分率の範囲内の濃度のイットリウムと、タイプＡ格子位置に約０．００２５モル分率〜約０．５モル分率の範囲内の濃度の別の希土類元素を含む。特定の実施形態では、イットリウムの濃度は約０．００２５モル分率〜約０．１モル分率の範囲内にある。酸化物中のルテチウムの濃度は約０．５〜約０．９９５モル分率の範囲とすることができる。上述の通り、ＡＢＯ３に導入し得る適当な希土類元素としては、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びこれらの組合せが挙げられる。具体的な組成はＬｕ０．５Ｙ０．２５Ｇｄ０．２５ＡｌＯ３及びＬｕ０．９９５Ｙ０．００２５Ｇｄ０．００２５ＡｌＯ３である。製品の別の例示的組成としては、Ｌｕ０．８Ｙ０．０５Ｇｄ０．１５ＡｌＯ３が挙げられる。
【００１７】
一実施形態では、式ＡＢＯ３の多結晶酸化物はペロブスカイト構造を有する。ペロブスカイト構造を有する材料はある種の光学用途に望ましい。例えば、シンチレータ検出器では、ペロブスカイト構造を有するホスト材料を使用すると、例えばガーネット構造を有するホスト材料に比べて、ホスト材料中に分散したドーパントの減衰時間を改良することができる。さらに、ペロブスカイト構造を有する材料はシンチレータの阻止能を向上させる。
【００１８】
ペロブスカイト構造は通常、タイプＡ格子位置とタイプＢ格子位置を有する一般式ＡＢＸ３の化合物によって形成される。本明細書で用いる「Ａサイト」もしくは「Ａ格子位置」は、ペロブスカイト結晶格子内のアニオン配位数が９超の位置（例えば配位数１２の位置）をいい、「Ｂサイト」もしくは「Ｂ格子位置」はペロブスカイト結晶格子内のアニオン配位数が６の位置をいう。
【００１９】
ペロブスカイト構造の形成と安定性は主に構成イオンのイオンサイズによって決まる。ルテチウム陽イオンは、周知のランタニド収縮現象の結果、それ自体ではペロブスカイト構造を容易には形成しないイオンサイズを有する。タイプＡ格子位置に他の元素が存在するとペロブスカイト構造に安定性が付与される。
【００２０】
ペロブスカイト構造の安定性を規定する因子はいわゆるトレランスファクターであり、次式で与えられる。
【００２１】
【数１】
2007161577.tif 000003
ここで、ＲＡ、ＲＢ及びＲＸはそれぞれＡ格子位置、Ｂ格子位置及びＸ格子位置の元素の平均イオン半径を表す。ただし、ＸはＡＢＯ３の酸素を表す。
【００２２】
典型的には、ペロブスカイト構造はトレランスファクターが約０．９４を超えると安定である。以下の表に、ペロブスカイト構造を安定化するため結晶構造中のタイプＡ格子位置の希土類元素Ｇｄ又は遷移元素ＹをＬｕで置換したと様々な例示的組成物の種々のモル分率でのトレランスファクターを示す。
【００２３】
【表１】
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上記の表に示すトレランスファクターに基づく分析から、純ＬｕＡｌＯ３はペロブスカイト構造では安定でないが、ＹＡｌＯ３及びＧｄＡｌＯ３は安定であることが分かる。この分析から、ＬｕＡｌＯ３にＹ及び／又はＧｄを添加するとペロブスカイト構造の材料の安定化に役立つことが分かる。
【００２４】
ペロブスカイト構造相を有する多結晶酸化物を含む製品は室温（約２５℃）を超える温度から酸化物の融点（約２４００℃）未満の温度で安定である。酸化物ＡＢＯ３のペロブスカイト構造は高圧でも保たれる。中程度の高温高圧でもペロブスカイト構造相が保たれることは、加工時に製品が不都合な構造的変化を起こす危険性が減るので、好ましい特性である。ある実施形態では、酸化物は約１気圧〜約５００メガパスカル（ＭＰａ）の範囲内の圧力で安定である。特定の実施形態では、酸化物は約１気圧〜約５００ＧＰａの範囲内の圧力で安定である。
【００２５】
酸化物を有する製品は、タイプＡ格子位置にアルカリ土類元素（ＡＥ）を含んでいてもよい。Ａ格子位置にアルカリ土類元素を含むと、アルカリ土類元素の陽イオンサイズが大きいためペロブスカイト構造に安定性が付与される。格子にＡＥを添加すると加工に要する温度を下げることができる。特定の実施形態では、ＡＥは、カルシウム、ストロンチウム、バリウム又はマグネシウムから選択される１種以上のアルカリ土類元素を含む。
【００２６】
ルテチウムとは原子価の異なるイオンをタイプＡ格子位置に含む場合、放置しておくと電荷の不均衡を生じかねないが、そうした状態はタイプＢ格子位置のイオンを置換することによって対処できる。例えば、タイプＡ格子位置の三価ルテチウムを二価カルシウムイオンで置換すると、酸素陰イオンの電荷と釣り合わせるためタイプＢ格子位置にハフニウムのような四価イオンが必要となる。かかるイオンを含む組成の典型例は、（Ｌｕ，ＲＥ，Ｙ）１−ｍ（ＡＥ）ｍＣｍＡｌ１−ｍＯ３と表すことができる。式中、Ｃは四価イオンである。Ｌｕ、ＲＥ及びＹはタイプＡ格子位置のルテチウム（Ｌｕ）、希土類元素（ＲＥ）又はイットリウム（Ｙ）の１種以上を表す。電荷の不均衡に対処するため、タイプＡ格子位置でアルカリ土類元素（ＡＥ）に置換し、タイプＢ格子位置で四価イオンＣに置換する。Ｌｕは約０．５モル分率〜約０．９９５モル分率の濃度に維持される。ＡＥの濃度は約０．００１〜約０．５まで変更でき、これはｍが約０．００１モル分率〜約０．５モル分率の範囲内にあることを意味する。一実施形態では、カルシウムの濃度は約０．２モル分率とすることができ、これはｍが０．２であることを意味する。ある実施形態では、ストロンチウム濃度を０．３のように高くし、バリウム濃度を約０．１５としてもよい。
【００２７】
他の代表的な組成として、（Ｌｕ，ＲＥ，Ｙ）３−３ｍ（ＡＥ）３ｍＤｍＥ２ｍＡｌ３−３ｍＯ９がある。式中、Ｄ及びＥは二価及び五価イオンであり、タイプＡ格子位置はＬｕ、ＲＥ、Ｙ又はＡＥの１種以上を有し、タイプＢ格子位置は電荷の不均衡に対処するためＤ及びＥを含んでもよい。Ｂサイトのイオンの例としては、二価マグネシウム（Ｍｇ）、五価タンタル（Ｔａ）、並びに四価のジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ケイ素（Ｓｉ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）が挙げられる。
【００２８】
ある実施形態では、イオンをＢ格子位置で置換する。Ｂサイトでアルミニウムを他のイオン、例えばマグネシウムで置換すると、追加の加工に要する温度を下げることができる。Ｂサイトでの置換に適した材料としては、遷移元素、希土類元素、半金属及びアルカリ土類元素からなる群から選択される元素のイオンが挙げられる。特定の実施形態では、イオンは、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）及びタンタル（Ｔａ）から選択される１種以上である。非限定的な実施形態では、Ｂサイトのアルミニウム陽イオンを二価マグネシウム陽イオン及び四価ハフニウム陽イオンで置換して電荷バランスを保つことができる。代表的な組成は（Ｌｕ，ＲＥ，Ｙ）Ａｌ１−ｍＤｍ／２Ｃｍ／２Ｏ３と表すことができ、Ｄ及びＣはそれぞれ二価及び四価イオンである。他の組成は（Ｌｕ，ＲＥ，Ｙ）Ａｌ１−３ｍ／２ＤｍＥｍ／２Ｏ３と表すことができ、Ｄ及びＥはそれぞれ二価及び五価イオンである。Ｌｕ、ＲＥ及びＹはタイプＡ格子位置のルテチウム（Ｌｕ）、希土類元素（ＲＥ）又はイットリウム（Ｙ）の１種以上を表す。Ｌｕは約０．５モル分率〜約０．９９５モル分率の濃度に維持される。ｍは約０．００１モル分率〜約０．５モル分率の範囲内にある。Ａサイト及びＢサイトのイオンの置換は、ペロブスカイト構造を広い温度域で安定化することができ、また低温加工を容易にし、有害な結晶粒成長のおそれを低減できる。
【００２９】
本発明の製品はさらに１種以上のドーパントでドープしてもよい。ドーパントは製品に有用な光学的特性を付与し、シンチレータ、レーザーアセンブリ、検出器などに用途を見いだすことができる。ある実施形態では、ドーパントは希土類元素を含む。適当な希土類ドーパントの例としては、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、テルビウム（Ｔｂ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）及びプラセオジム（Ｐｒ）が挙げられる。ある実施形態では、ドーパントはチタン又はクロムの少なくともいずれかを含む遷移金属元素である。
【００３０】
酸化物の光学的特性を制御するためドーパントの濃度を調節してもよい。例えば、レーザー用途では、必要な発光特性を達成するため比較的高濃度のドーパントが必要とされることがある。ある実施形態では、ドーパント濃度は約１５モル％未満である。特定の実施形態では、ドーパント濃度は約０．００５モル％〜約１５モル％の範囲内にある。一実施形態では、ドーパント濃度は約０．００５モル％〜約６モル％の範囲内にある。
【００３１】
多結晶製品は複数の結晶子を有する。結晶子の平均サイズはナノメーター域乃至ミクロン域にある。Ａサイトの高濃度のルテチウムは高い形成温度を必要とし、そのため結晶子サイズが大きくなる。しかし、大きな結晶子は、その製品から製造した多結晶製品の透明性などの光学的特性を損なう。結晶子のサイズを左右する因子を、製造時に制御することができる。一例では、以降で詳しく説明する燃料アシスト溶液合成法を用いて形成した結晶子のサイズは、反応の過程で添加した燃料の量にある程度依存する。一実施形態では、結晶子サイズは約１０μｍ未満である。別の実施形態では、結晶子サイズは約０．１μｍ〜約１０μｍの範囲内にある。ある実施形態では、結晶子サイズは約１０ｎｍ〜約０．１μｍの範囲内にある。
【００３２】
上述の材料を粉末形態の材料、例えば燃料アシスト溶液合成法で合成した材料は、さらに加工して固体セラミック製品とすることができる。一実施形態では、複数の結晶子を有する多結晶粉末として形成された酸化物を焼結して透明なセラミック製品を形成する。焼結プロセスは当技術分野で周知であり、焼結プロセスの様々な制御方法及びその生成物も以降で説明する通り常用されている。一例では、製品はレーザーアセンブリ用の発光媒体である。別の例では、製品はシンチレータである。
【００３３】
上述の酸化物を含む発光媒体を有するレーザーアセンブリが提供される。一実施形態では、多結晶酸化物はペロブスカイト構造を有する。酸化物は透明で緻密な製品にすることができ、これをレーザーアセンブリの活性媒体内に配置してもよい。製品はさらに、例えばネオジム（Ｎｄ）でドープしてもよい。他の適当なドーパントとしては、ユーロピウム（Ｅｕ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ツリウム（Ｔｍ）及びイッテルビウム（Ｙｂ）のような他の希土類元素、並びにチタン及びクロムのような遷移金属元素が挙げられる。一実施形態では、ドーピング濃度は約１５モル％未満である。別の実施形態では、ドーピング濃度は約０．００５〜約１５モル％の範囲内にある。
【００３４】
「シンチレータ」という用語は一般に当技術分野では、放射線に暴露されると可視光を発する材料又は製品をいう。多くの撮像用途では、シンチレータはＸ線を吸収して可視光を発光するように設計されるのが普通である。シンチレータ用途の一例は陽電子放射断層撮影法（ＰＥＴ）である。シンチレータを利用した他の撮像用途としては、Ｘ線検出器、γ線検出器及び中性子検出器が挙げられる。
【００３５】
ＰＥＴでは、放射性標識化合物を患者に投与し、適当な光検出器を用いて放射性標識化合物の崩壊を追うことによって追跡する。放射性崩壊で放射線が放出される。臨床イメージング法としてのＰＥＴの価値は光検出器の性能に大きく依存する。光検出器は、放射線に暴露されると可視領域の光を発するシンチレータ材料を含む。シンチレータ材料は阻止能に優れ、光出力が高く、減衰時間が速いのが望ましい。
【００３６】
前述の通り、ルテチウムを含むシンチレータ材料は、ルテチウムの密度が高いので良好な阻止能をもつと予想される。一実施形態では、シンチレータは上述の酸化物からなるホスト材料を含む。一実施形態では、多結晶酸化物はペロブスカイト構造を有する。酸化物はさらに透明品へと加工できる。酸化物を含むホスト材料はさらに、ユーロピウム、プラセオジム、セリウム及びネオジムの１種以上でドープしてもよい。典型的には、ドーパントの濃度は約１５モル％以下である。一実施形態では、ドーパントの濃度は約０．００５モル％〜約１５モル％の範囲としてもよい。
【００３７】
一実施形態では、燃料アシスト溶液合成法（ＦＡＳＳ；fuel assisted solution synthesis）を用いた上記酸化物の製造方法を提供する。ルテチウム及びアルミニウムの前駆体を混合して均質前駆体溶液を形成する。ある実施形態では、希土類元素及びイットリウムを始めとするＡ格子位置で置換可能な材料の前駆体及びＢ格子位置で置換可能な材料の前駆体を前駆体溶液に配合してもよい。一例では、ドーパント前駆体を前駆体溶液に添加する。前駆体の例としては、金属の酸化物、硝酸塩、酢酸塩及び炭酸塩が挙げられる。硝酸塩でない前駆体は有効量の硝酸に溶解して硝酸塩前駆体へと変換する。
【００３８】
前駆体溶液のｐＨを硝酸を添加して調節する。一実施形態では、ｐＨは約０．５〜約５の範囲内である。結晶子又は得られるの粒子の形態と均質前駆体溶液のｐＨとの間にはある関係が成り立つ。例えば、球状形態は約１．０未満のｐＨ値で得られる。
【００３９】
前駆体溶液を次いで燃料と混合する。適当な燃料の例としては、特に限定されないが、グリシン、尿素及びヒドラジンが挙げられる。前駆体／燃料比を変えれば、結晶子又は得られる粒子のサイズを制御することができる。一例では、約２：１．４の前駆体／燃料比で約０．５μｍ〜約１μｍの範囲内の粒径を得ることができる。別の実施例では、約２：０．７の前駆体／燃料比で、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲内の粒径を得ることができる。一般に、後で透明品に加工するには、結晶子サイズが小さい方が望ましい。
【００４０】
燃料を含む前駆体溶液は温度約３００℃〜約４００℃で自己発火又は分解して、粉末材料を形成する。適宜、ＦＡＳＳの際に、燃料／前駆体モル比を高めて粒子又はグレイン形成を達成してもよいが、この方法は反応の制御が難しく大きな粒子を形成するという短所がある。
【００４１】
本発明の方法はさらに、得られた粉末を加工することを含む。粉末は、当技術分野で公知の方法、例えば粉砕、ミリングなどによって均質化する。均質化粉末を、当技術分野で公知の制御されたか焼に付して、寸法、形状及び形態など望ましい特性をもつ単相組成物を得る。一例では、粉末を各種の熱処理又はか焼に１時間〜約１２時間付す。一例では、温度は約６００℃〜約１７００℃の範囲内にある。特定の実施例では、温度は約８００℃〜約１２００℃の範囲内にある。
【００４２】
熱処理後、均質化粉末を当技術分野で周知の方法で焼結する。一例では、ホットプレスを材料の融点未満の温度で使用して、透明セラミック製品を形成する。
【００４３】
一例では、所望の組成の多結晶粉末をリチウム、マグネシウム、カルシウム、ケイ素又はフッ素のような結晶粒成長添加剤の存在下で焼結して、焼結セラミックを形成する。焼結セラミックは種結晶を含んでいてもよく、そこから結晶粒成長が組成物の融点未満の温度でエピタキシャルモードで進行する。次に焼結セラミックを約１００ＧＰａの一定圧力でホットプレスして、透明セラミック製品を形成する。
【実施例】
【００４４】
ルテチウム８０モル％、イットリウム５モル％及びガドリニウム１５モル％のルテチウム・ガドリニウム・イットリウム・アルミネート（Ｌｕ０．８Ｇｄ０．１５Ｙ０．０５ＡｌＯ３）の組成物１０ｇバッチを製造した。酸化ルテチウム（６．５６ｇ）、酸化イットリウム（０．２３ｇ）、酸化ガドリニウム（１．１２ｇ）及び硝酸アルミニウム（１５．４６ｇ）を水と硝酸の２０ｍｌ溶液に溶解して前駆体溶液を調製した。次に前駆体溶液を撹拌により均質化した。水と硝酸の添加によって、前駆体溶液のｐＨを０．５に調節した。前駆体溶液の最終的な体積は１００ｍｌであった。溶液にグリシン（４．３９ｇ）を添加した。溶液を予熱したホットプレートに載せ、約３００℃の温度に加熱した。加熱で、水が除去され、反応濃縮物が生じた。さらに加熱すると、反応濃縮物の発泡が起こった。加熱を続けると、発泡生成物は大量のフワフワした灰色粉末となった。粉末を次いで粉砕して均質化した。均質化粉末を次にアルミナるつぼに入れ、マッフル炉にて空気中で１２００℃に２時間加熱した。合成で得られた粉末並びに熱処理粉末について、Ｘ線回折（ＸＲＤ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの様々な特性決定法で調べた。図１は、上記のプロセスで製造した組成物Ｌｕ０．８Ｇｄ０．１５Ｙ０．０５ＡｌＯ３の代表的なＸＲＤチャートである。ＸＲＤチャートから、組成物がペロブスカイト構造相を保持していることが分かる。図２は、上記プロセス（ただし、グリシンの量を２．１５ｇに減らした）で製造した組成物Ｌｕ０．８Ｇｄ０．１５Ｙ０．０５ＡｌＯ３の代表的なＳＥＭ画像である。図は、平均粒径約２００ｎｍ未満の結晶子を示す。この微粉末を制御条件下での焼結によってさらに加工すれば、透明セラミック製品が得られる。
【００４５】
以上、本発明の幾つかの特徴を例示し説明してきたが、当業者には数多くの改変及び変更が想起できるであろう。したがって、特許請求の範囲は、かかるあらゆる改変や変更を本発明の技術的範囲に属するものとして包含する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】Ｌｕ０．８Ｇｄ０．１５Ｙ０．０５ＡｌＯ３のＸＲＤパターン。
【図２】結晶子サイズ約２００ｎｍのＬｕ０．８Ｇｄ０．１５Ｙ０．０５ＡｌＯ３の代表的なＳＥＭ画像。
【図１】
2007161577.tif 000005
【図２】
2007161577.tif 000006
【外国語明細書】
2007161577000001.pdf