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イトラロックスは、約10%の二酸化トリウム（ThO 2）を含むイットリア（Y 2 O 3 ）からなる透明セラミックです。 [1] [2] これは最初に生産された透明セラミックの1つであり、[3] 1966年にジェネラルエレクトリック研究所のリチャード・C・アンダーソンが希土類鉱物の混合物を焼結しているときに発明しました。
プロパティ
純粋なイットリアを焼結すると不連続な粒成長と気孔が発生します(左)が、イトラロックスではより均一な粒径となり、気孔は発生しません(右)。
イトラロックスはイットリア中の二酸化トリウムの固溶体です。[4] 二酸化トリウムの添加物は緻密化中の粒子の成長に影響を与え、光学的透明性を向上させます。制御されていない粒子成長により、いくつかの粒子が他の粒子よりも大きく成長し、それらの内部に気孔が閉じ込められます。添加物は内部粒子の硬度よりも粒界硬度を高めます。[5] これにより、気孔は粒子内に閉じ込められるのではなく粒界に残り、焼結プロセスの後半で除去することができます。気孔は光の散乱を引き起こすため、これにより材料の光学的透明性が大幅に向上します。[2] 気孔は1 ppmという低い値であることが報告されています。[6] 結果として得られた粒子サイズは10～50 μmの範囲でした。[4]
イトラロックスは「ガラスのように透明」で、融点が2倍高く、可視光線だけでなく近赤外線帯の周波数も透過するとして販売されました。[4] [7] [8]しかし、高温での可塑性 はほとんどなく、熱伝導率も低いため、一般的なガラスよりも耐熱衝撃性能がわずかに優れています。[5]
用途
イトラロックスは2000～2200℃の高温焼結を必要とするため、商業化は限られていました。イトラロックスは、ランプエンベロープや高温窓やレンズへの使用が提案されました。[1] レーザー用の低損失窓材としての使用が調査され、[9]例えば、ラムジェット研究用のレーザードップラー速度計と組み合わせて使用されました。 [5] ミサイルの赤外線装置での使用も調査されました。[2]ネオジム酸化物をドープしたイトラロックスは、多結晶酸化物セラミックでのレーザーゲインの概念実証に使用されましたが、効率が低いため商業化されませんでした。[1]
イトラロックス社の競合材料は、 GTE社が製造したイットリア含有ランタン酸化物と、レイセオン社が製造した純粋イットリア材料であった。[2]
歴史
イットラロックスは、1966年にリチャード・C・アンダーソンがゼネラル・エレクトリック研究所で希土類鉱物の混合物を焼結しているときに発明されました。 [3] [4] 研究の当初の目的は、イットリア-二酸化ジルコニウム材料を使用して燃料電池用のイオン伝導体を開発することでした。イオン伝導体としては二酸化ジルコニウムを多く含むバージョンの方が興味深かったのですが、イットリアを多く含むバージョンは予想外に透明なサンプルを生み出しました。[10] さらなる研究により、第4族元素の他の酸化物である二酸化トリウムと二酸化ハフニウムも透明なイットリアを生成するのに効果的であることが判明し、二酸化トリウムシステムが最も広範に研究されるようになりました。[5] [11] [10] GEでのさらなる研究は、ポール・J・ジョーゲンセン、ジョセフ・H・ロソロフスキー、ダグラス・セント・ピエールによって行われました。[8] イットラロックスの製造はグレスコビッチとウッズによって報告されました。[12]
1982年時点ではイトラロックスの生産は中止されていた。[5]
参考文献
- ^ abc Kochawattana, Sujarinee; Stevenson, Adam; Lee, Sang-Ho; Ramirez, Mariola; Gopalan, Venkatraman; Dumm, John; Castillo, Vida K.; Quarles, Gregory J.; Messing, Gary L. (2008). 「SiO2 ドープ Nd:YAG の焼結と粒成長」。Journal of the European Ceramic Society . 28 (7): 1527–1534. doi :10.1016/j.jeurceramsoc.2007.12.006.
- ^ abcd Hogan, Patrick; Stefanik, Todd; Willingham, Charles; Gentilman, Richard (2004-05-19). 「IR ウィンドウおよびドーム用の透明イットリア - 過去と現在」。国防技術情報センター。国防総省電磁ウィンドウシンポジウム: 2–3。
- ^ ab "Richard Charles 'Dick' Anderson". Missoulian . 2017年9月7日. 2017年9月14日閲覧。
- ^ abcd 「GE は透明セラミックを開発」。Chemical & Engineering News Archive。44 ( 43): 38。1966-10-17。doi : 10.1021 /cen-v044n043.p038a。ISSN 0009-2347 。
- ^ abcde Buckley, Paeker L. (1982年8月)。「ラムジェット燃焼研究における透明酸化イットリウムの使用に関する研究」。国防技術情報センター、空軍システム司令部。pp. 6、18、23 。 2017年9月16日閲覧。
- ^ Burke, JE; Rosolowski, JH (1973 年 9 月)。「技術情報シリーズ: 焼結」。国防技術情報センター。ゼネラル・エレクトリック: 11。2017年 9 月 16 日閲覧。
- ^ 「ガラスのように透明でありながら、ガラスの 2 倍の温度に耐えられる宇宙時代のセラミック材料が、ゼネラル・エレクトリック社の科学者によって本日発表されました。」(プレスリリース)。ピーター・ヴァン・エイブリー、ゼネラル・エレクトリック研究開発センターの広報。1966 年 10 月 10 日。
- ^ ab アンダーソン、リチャード C. & ジョン バーカー (1969 年 1 月 - 2 月)。「ユニークな光学セラミック」。光学スペクトル(光学材料号)。
- ^ Harrington, James A. (1975年11月). 「化学レーザー用の低損失ウィンドウ材料」.国防技術情報センター. 国防高等研究計画局. 2018年6月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ ab Rhodes, WH (1995-02-08). 「透明多結晶酸化物の開発における相化学」 Alper, Allen M. (編)先進セラミックスの相図学術出版 p. 8. ISBN 9780080538723。
- ^ アンダーソン、リチャード C. (1970)。「トリアとイットリア」。アルパー、アレン M. (編)。高温酸化物: 希土類元素、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタルの酸化物。アカデミック プレス。pp. 30–32。ISBN 9781483271392。
- ^ Greskovich, C. および Woods, KN、「透明な ThO 2ドープ Y 2 O 3の製造」、Bull. Amer. Ceram. Soc.、Vol. 52、p. 473 (1973)
外部リンク
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