一方向凝固による希土類酸化物含有共晶体のパノスコピック形態制御とその光学特性

• Project/Area Number: 17042004
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 高橋 順一 北海道大学, 大学院工学研究科, 教授 (40110259)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 樋口 幹雄 北海道大学, 大学院工学研究科, 助手 (40198990)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2006: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2005: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
• Keywords: 一方向凝固 / 溶媒移動浮遊帯域溶融法 / 共晶組織 / 希土類化合物 / ファイバー結晶 / レーザー結晶 / 蛍光体 / シンチレーター結晶 / 酸化物共晶体 / 柱状組織

Research Abstract

微細な口径を有するファイバーの光学結晶が互いに接触することなく平行にマトリックス中に埋め込まれた組織をもつ凝固体は、異方性発光や光の閉じ込め効果など、バルク結晶にはない新しい機能を付与した光学素子としての応用が期待される。本研究では、溶媒移動浮遊帯域溶融法により、希土類元素を含む種々の酸化物共晶系について、任意組成の一方向凝固体を作製してきた。今年度は、昨年度において良好な組織が得られたGdAlO_3-Al_2O_3系に加えて、REAlO_3-MgAl_2O_4系について、組成および成長条件と得られた組織との関係を検討した。
GdAIO_3-A12O_3系においてGdAlO_3含有量が40mol%の場合、目的とする組織が横断面、縦断面いずれにも観察された。GdAlO_3を35mol%としても同様の組織が観察されたが、A12O_3相が独立して大きな組織を形成している部分も存在するようになった。フアイバー状GdAlO_3相の径は成長速度の低下に伴い増大し、50mm/hおよび20mm/hではそれぞれ約1μmおよび2μmとなった。現段階では試料全体を目的とする組織とするには至っていないが、成長初期にネッキングをおこなうとマトリックス相であるAl_2O_3粒子の数が淘汰され、目的とする組織の体積分率は60-70%に増大することが明らかとなった。
REAlO_3-MgAl_2O_4系については、独立したREAIO_3相の形態がGdAlO_3-Al_2O_3系のものと異なり、ほぼ三角形の断面形状をもっているとともに、希土類元素のイオン半径が減少するにつれて角の丸い形からより明瞭な三角形へと変化した。縦断面の観察ではLaAlO_3-MgAl_2O4系の場合のみ、ファイバー状の組織が観察されたが、REがY、GdおよびLuの場合には、REAIO_3相は三角錐状になっていることが確認された。