JP7350298B2 - Method for manufacturing ceramic composites - Google Patents
Method for manufacturing ceramic composites Download PDFInfo
- Publication number
- JP7350298B2 JP7350298B2 JP2019161969A JP2019161969A JP7350298B2 JP 7350298 B2 JP7350298 B2 JP 7350298B2 JP 2019161969 A JP2019161969 A JP 2019161969A JP 2019161969 A JP2019161969 A JP 2019161969A JP 7350298 B2 JP7350298 B2 JP 7350298B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic composite
- phase
- seed crystal
- melt
- pulling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
本発明は、セラミック複合体の製造方法に関し、特にY3Al5O12相およびAl2O3相の2つの酸化物相をラメラ構造として有するセラミック複合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic composite, and particularly to a method for manufacturing a ceramic composite having a lamellar structure of two oxide phases, a Y 3 Al 5 O 12 phase and an Al 2 O 3 phase.
現在、光源として青色光を発光する発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)や半導体レーザを用い、青色光の一部を波長変換部材で黄色光に波長変換して、青色光と黄色光の混色により白色光を照射する照明装置が普及している。このような照明装置では、波長変換部材にYAG(Y3Al5O12)系の蛍光体材料を用い、樹脂やガラスに蛍光体粉末を含有させるものが提案されている。 Currently, light emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers that emit blue light are used as light sources, and a part of the blue light is wavelength-converted into yellow light using a wavelength conversion member, resulting in color mixing of blue light and yellow light. Illumination devices that emit white light are becoming popular. In such lighting devices, one has been proposed in which a YAG (Y 3 Al 5 O 12 )-based phosphor material is used for the wavelength conversion member, and phosphor powder is contained in resin or glass.
また、特許文献1,2には、Y3Al5O12相およびAl2O3相が共晶として連続的に三次元的に相互に絡み合ったラメラ構造を有するセラミック複合体が提案されている。このような特許文献1,2に記載されたセラミック複合体では、Y3Al5O12相で青色光を黄色光に波長変換するとともに、Y3Al5O12相とAl2O3相の界面で青色光と黄色光が散乱されて混色で白色を得ることができる。
Further,
しかし特許文献1,2では、一方向凝固法としてブリッジマン法を用いてセラミック複合体が製造されており、坩堝の移動速度を1~20mm/時間としているため、Y3Al5O12相およびAl2O3相の微細化に限界があった。またブリッジマン法では固液界面の乱れから生じるコロニー構造ができてしまう。更に、Y3Al5O12相およびAl2O3相のサイズを制御して、セラミック複合体の全域において均一なラメラ構造をえることも困難であった。
However, in
そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、一次光と波長変換された二次光を均一に散乱するラメラ構造のサイズを制御することが可能なセラミック複合体の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention was made in view of the above-mentioned conventional problems, and provides a method for manufacturing a ceramic composite that can control the size of a lamellar structure that uniformly scatters primary light and wavelength-converted secondary light. The purpose is to provide
上記課題を解決するために、本発明のセラミック複合体の製造方法は、スリットを有すると共に、各々の長手方向が平行に配置された複数のダイを、モリブデンまたはタングステンから成る坩堝に収容し、前記坩堝に少なくとも酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、および酸化セリウムを含む原料を投入する工程と、前記坩堝を加熱して、前記原料を前記坩堝内で溶融して融液を用意する工程と、前記スリットを介して前記スリット上部に前記融液を溜めた融液溜まりを形成する工程と、前記融液溜まりに種結晶を接触させ、前記種結晶を引き上げ速度0.9mm/時間以上400mm/時間以下で引き上げる引き上げ工程を有して、第1相であるY
3
Al
5
O
12
相と、第2相であるAl
2
O
3
相が共晶として存在しており、第1相と第2相が相互に立体的に絡み合ったラメラ構造を有しているセラミック複合体を、モリブデンまたはタングステンの含有量が1mol・ppm以上30000mol・ppm以下で且つ厚みが0.1mm以上4.0mm以下で引き上げることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the method for manufacturing a ceramic composite of the present invention includes accommodating a plurality of dies having slits and having their longitudinal directions parallel to each other in a crucible made of molybdenum or tungsten . a step of charging a raw material containing at least aluminum oxide, yttrium oxide, magnesium oxide, and cerium oxide into a crucible; a step of heating the crucible to melt the raw material in the crucible to prepare a melt; forming a melt pool in which the melt is stored above the slit through a slit; bringing a seed crystal into contact with the melt pool; and pulling the seed crystal at a rate of 0.9 mm/hour or more and 400 mm/hour or less; The first phase, Y 3 Al 5 O 12 phase, and the second phase,
このような本発明のセラミック複合体の製造方法では、Y3Al5O12相とAl2O3相のラメラ間隔を制御する事ができ、一次光と波長変換された二次光を均一に散乱するセラミック複合体を得ることができる。更に、前記種結晶の引き上げ速度毎のラメラ間隔を均一に保つ事が可能となる。 In the method for manufacturing a ceramic composite of the present invention, the lamella spacing between the Y 3 Al 5 O 12 phase and the Al 2 O 3 phase can be controlled, and the primary light and the wavelength-converted secondary light can be uniformly distributed. A scattering ceramic composite can be obtained. Furthermore, it is possible to maintain a uniform lamella interval for each pulling speed of the seed crystal.
また、本発明の一態様では、前記引き上げ工程の期間中において、前記融液溜まりでの前記融液の界面温度が一定である。 Further, in one aspect of the present invention, the interface temperature of the melt in the melt pool is constant during the pulling process.
本発明では、一次光と波長変換された二次光を均一に散乱するラメラ構造のサイズを制御することが可能なセラミック複合体の製造方法を提供することができる。 The present invention can provide a method for manufacturing a ceramic composite that can control the size of a lamellar structure that uniformly scatters primary light and wavelength-converted secondary light.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図1から図8は、本発明の実施形態に係る複数のセラミック複合体及びその製造方法について説明する図である。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Identical or equivalent constituent elements, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted as appropriate. FIGS. 1 to 8 are diagrams illustrating a plurality of ceramic composites and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、セラミック複合体の製造装置1は、セラミック複合体2を育成する育成容器3と、育成したセラミック複合体2を引き上げる引き上げ容器4とから構成され、EFG(Edge-defined Film-fed. Growth)法によりセラミック複合体2を育成成長する。
As shown in FIG. 1, a ceramic composite manufacturing apparatus 1 includes a
育成容器3は、坩堝5、坩堝駆動部6、ヒータ7、電極8、ダイ9、及び断熱材10を備える。坩堝5はモリブデン製またはタングステン製であり、原料を溶融する。坩堝駆動部6は、坩堝5をその鉛直方向を軸として回転させる。ヒータ7は坩堝5を加熱する。また、電極8はヒータ7を通電する。ダイ9は坩堝5内に設置され、セラミック複合体2を引き上げる際の原料融液(以下、必要に応じて単に「融液」と表記)21の液面形状を決定する。また断熱材10は、坩堝5とヒータ7とダイ9を取り囲んでいる。
The
更に育成容器3は、雰囲気ガス導入口11と排気口12を備える。雰囲気ガス導入口11は、雰囲気ガスとして例えばアルゴンガスを育成容器3内に導入するための導入口であり、坩堝5やヒータ7、及びダイ9の酸化消耗を防止する。一方、排気口12は育成容器3内を排気するために備えられる。
Furthermore, the
引き上げ容器4は、シャフト13、シャフト駆動部14、ゲートバルブ15、及び基板出入口16を備え、種結晶17から育成成長した複数の平板形状のセラミック複合体2を引き上げる。シャフト13は種結晶17を保持する。またシャフト駆動部14は、シャフト13を坩堝5に向けて昇降させると共に、その昇降方向を軸としてシャフト13を回転させる。ゲートバルブ15は育成容器3と引き上げ容器4とを仕切る。また基板出入口16は、種結晶17を出し入れする。
The
なお製造装置1は図示されない制御部も有しており、この制御部により坩堝駆動部6及びシャフト駆動部14の回転を制御する。
Note that the manufacturing apparatus 1 also has a control section (not shown), and this control section controls the rotation of the
次に、ダイ9について説明する。ダイ9はモリブデン製であり、図2に示すように多数の仕切り板18を有する。図2ではダイの一例として、仕切り板18が30枚であり、ダイ9が15個形成されている場合を示している。仕切り板18は同一の平板形状を有し、微小間隙(スリット)19を形成するように互いに平行に配置されて、1つのダイ9を形成している。スリット19は、ダイ9のほぼ全幅に亘って設けられる。また複数のダイ9は同一形状を有すると共に、その長手方向が互いに平行となるように所定の間隔で並列に配置されているため、複数のスリット19が設けられることとなる。各仕切り板18の上部は斜面30が形成されており、互いの斜面30が向かい合わせで配置されることで、鋭角の開口部20が形成されている。またスリット19は融液21を毛細管現象によって、各ダイ9の下端から開口部20に上昇させる役割を有している。
Next, the die 9 will be explained. The die 9 is made of molybdenum and has a large number of
坩堝5内に投入される原料は、坩堝5の温度上昇に基づいて溶融(原料メルト)し、融液21となる。この融液21の一部は、ダイ9のスリット19に浸入し、前記のように毛細管現象に基づいてスリット19内を上昇し開口部20から露出して、開口部20で原料融液溜まり22が形成される(図5(a)参照)。EFG法では、原料融液溜まり(以下、必要に応じて「融液溜まり」と表記)22で形成される融液面の形状に従って、セラミック複合体2が成長する。図2に示したダイ9では、融液面の形状は細長い長方形となるので、平板形状のセラミック複合体2が製造される。
The raw material introduced into the
次に、種結晶17について説明する。図1、図4、及び図5に示すように本実施形態では、種結晶17として平板形状のセラミック複合体製の基板を用いる。更に、種結晶17の平面方向とダイ9の長手方向は、互いに90°の角度で以て直交となるように、種結晶17が配置される。また、種結晶17とセラミック複合体2も90°の角度で以て直交するので、図1ではセラミック複合体2の側面を示している。
Next, the
種結晶17は、シャフト13の下部の基板保持具(図示せず)との接触面積が大きいと、熱膨張率の差による応力のため変形し、場合によっては破損してしまう。反対に熱膨張率の差により種結晶17の固定が緩む場合もある。従って、種結晶17と基板保持具との接触面積は小さい方が好ましい。また、種結晶17は基板保持具に確実に固定できる基板形状の必要がある。
If the contact area of the
図3は種結晶17の基板形状の一例を示した図である。このうち、同図(a)及び(b)は、種結晶17の上部に切り欠き部23を設けたものである。この切り欠き部23を利用して、例えば2カ所の切り欠き部23の下側からU字形の基板保持具を差し込んで、接触面積を小さくしつつ確実に種結晶17を保持することが可能となる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the substrate shape of the
また、図3(c)に示したように、種結晶17内側に切り欠き穴24を設けても良い。この切り欠き穴24を利用して、例えば2カ所の切り欠き穴24に係止爪を差し込んで、基板保持具と種結晶17との接触面積を小さくしつつ、確実に種結晶17を保持することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 3(c), a
次に、前記製造装置1を使用したセラミック複合体2の製造方法を説明する。最初にセラミック複合体の原料である、造粒された原料粉末(一例として酸化アルミニウムを64.71重量%、酸化イットリウムを35.02重量%、酸化マグネシウムを0.003重量%、酸化セリウム0.27重量%含んだ粉末)をダイ9が収納された坩堝5に所定量投入して充填する。原料粉末には、製造しようとするセラミック複合体の純度又は組成に応じて、上記以外の化合物や元素が含まれていてもよい。
Next, a method for manufacturing the
続いて、坩堝5やヒータ7若しくはダイ9を酸化消耗させないために、育成容器3内をアルゴンガスで置換し、酸素濃度を所定値以下とする。
Subsequently, in order to prevent
次に、ヒータ7で加熱して坩堝5を所定の温度とし、原料粉末を溶融する。酸化アルミニウムの融点は2050℃?2072℃程度なので、坩堝5の加熱温度はその融点以上の温度(例えば2100℃)に設定する。加熱後しばらくすると原料粉末が溶融して、原料の融液21が用意される。更に融液21の一部はダイ9のスリット19を毛細管現象により上昇してダイ9の表面に達し、スリット19上部に融液溜まり22が形成される。
Next, the
次に図4及び図5に示すように、スリット19上部の融液溜まり22の長手方向に対して垂直な角度に種結晶17を保持しつつ降下させ、種結晶17を融液溜まり22の融液面に接触させる。なお、種結晶17は、予め基板出入口16から引き上げ容器4内に導入しておく。図4ではスリット19や開口部20の見易さを優先するため、融液21と融液溜まり22の図示を省略している。
Next, as shown in FIGS. 4 and 5, the
図4は、種結晶17と仕切り板18との位置関係を示した図である。前記の通り、種結晶17の平面方向を仕切り板18の長手方向と直交させることにより、種結晶17と融液21との接触面積を小さくすることが可能となる。従って、種結晶17の接触部分が融液21となじみ、育成成長されるセラミック複合体2に結晶欠陥が生じにくくなる。
FIG. 4 is a diagram showing the positional relationship between the
種結晶17を融液面に接触させる際に、種結晶17の下部を仕切り板18の上部に接触させて溶融しても良い。図5(b)は、種結晶17の一部を溶融する様子を示した図である。このように種結晶17の一部を溶融することで、種結晶17と融液21との温度差を速やかに解消ことができ、セラミック複合体2での結晶欠陥の発生を更に低減することが可能となる。
When bringing the
続いて基板保持具を所定の上昇速度で引き上げて、種結晶17の引き上げを開始する。具体的には、シャフト13により基板保持具を所定の速度で上昇させる。
Subsequently, the substrate holder is pulled up at a predetermined lifting speed, and pulling of the
なお、ダイ9の開口部20に対する種結晶の位置合わせをより容易にするため、種結晶17の下辺に凹凸を設けてもよい。図6は、種結晶17の下辺の形状を例示した図であり、同図(a)は下辺が櫛歯形状の場合を、同図(b)では鋸形形状の場合を示している。
Incidentally, in order to more easily align the seed crystal with respect to the
この凹凸の間隔は、開口部20の間隔に合わせ、凸部分を融液溜まり22の中心に合わせる。凸部分を設けることで凸部分をセラミック複合体2の成長開始点とすることができ、セラミック複合体2がより容易に形成可能となる。なお、凹凸の形状は図6に示したものには限定されず、例えば波形の凹凸形状であっても良い。
The spacing between the concave and convex portions is adjusted to the spacing between the
基板保持具を所定の速度で上昇させ、種結晶17を中心に図7に示すようにセラミック複合体2をダイ9の長手方向に拡幅するように結晶成長させる(スプレディング)。セラミック複合体2が、ダイ9の全幅(仕切り板18の端)まで拡幅すると(フルスプレッド)、ダイ9の全幅と同程度の幅を有する、面積の広い平板形状のセラミック複合体2が育成される(直胴工程)。図7は、スプレディング工程によりセラミック複合体2の幅が広がる様子を示した模式図である。幅の広いセラミック複合体2が得られることにより、セラミック複合体製品の歩留まりが向上する。
The substrate holder is raised at a predetermined speed, and as shown in FIG. 7, the
スプレディング工程により、ダイ9の全幅までセラミック複合体2を成長させた後、図8に示すようにダイ9の全幅と同程度の一定幅を有する、平板形状の直胴部分26を所定の速度で所定の長さ(直胴長さ)まで引き上げる引き上げ工程を実施し、平板形状のセラミック複合体2を得る。
After the
引き上げ工程の期間中には、スリット19の上部に形成されている融液溜まり22での融液21の界面温度が一定となるように、ヒータ7等を用いて温度制御する。セラミック複合体2は、融液溜まり22まで上昇してきた融液21が種結晶17やネック25、直胴部分26と接触して引き上げられながら冷却されることで成長する。したがって、融液溜まり22の温度を一定に管理することで、セラミック複合体2の成長期間において結晶の成長条件を同等に保つことができ、セラミック複合体2全域にわたって均一なラメラ構造を形成することができる。
During the pulling process, the temperature is controlled using the
引き上げ工程における種結晶17の引き上げ速度は、0.9mm/時間以上400mm/時間以下の範囲とすることが好ましい。より好ましくは50mm/時間以上200mm/時間以下の範囲である。種結晶17の引き上げ速度を50mm/時間以上とすることにより、セラミック複合体2へのクラック導入を防止可能となる。更に、前記引き上げ速度を200mm/時間以下とすることにより、セラミック複合体2の育成状態をより安定化することが出来る。
The pulling speed of the
引き上げ速度が0.9mm/時未満の場合には、引き上げ速度の誤差に対してラメラ構造のサイズ変動が大きくなるため、ラメラ構造のサイズを制御することが困難になる。従って、育成成長させたセラミック複合体2の白色光の発光強度の低下を招いてしまう。また、成長速度が遅いため生産性が低くなる。引き上げ速度が400mm/時間より大きい場合には、融液溜まり22の温度を制御することが困難になるため、ラメラ構造のサイズを制御することも困難になる。また、引き上げ速度が大きすぎると、融液溜まり22の融液21が種結晶17やネック25、直胴部分26から分離して成長が中断する可能性が高くなるため好ましくない。
When the pulling speed is less than 0.9 mm/hour, the size of the lamellar structure fluctuates greatly due to an error in the pulling speed, making it difficult to control the size of the lamellar structure. Therefore, the white light emission intensity of the grown
この後、得られたセラミック複合体2を放冷し、ゲートバルブ15を空け、引き上げ容器4側に移動して、基板出入口16から取り出す。得られた平板形状のセラミック複合体2の外観を図8に示す。直胴長さは特に限定されないが、2インチ以上(50.8mm以上)が好ましい。
Thereafter, the obtained ceramic
また図14に示すように、ダイ9の全幅と種結晶17の幅を同一とし、種結晶17の全幅と同じ幅でセラミック複合体2を育成成長させても良い。なお図14でもスリット19の見易さを優先するため、融液21と融液溜まり22の図示を省略している。
Alternatively, as shown in FIG. 14, the entire width of the
以上説明したような製造装置1、種結晶17、及びダイ9を用いることにより、共通の種結晶17から複数のセラミック複合体2を同時に製造することが出来る。従って、一枚当たりのセラミック複合体2の製造コストを下げることが可能となる。
By using the manufacturing apparatus 1,
またEFG法では、複数のセラミック複合体2を育成成長する。従って、複数のセラミック複合体2が均一に冷却及び放冷される事で、ばらつきの無い均一なラメラ構造を得ることが出来る。
Further, in the EFG method, a plurality of
従って、種結晶17、及び仕切り板18を含めたダイ9は、精密に位置決めする必要がある。よって図1に示したように製造装置1は、ダイ9を設置する坩堝5を回転する坩堝駆動部6、及びその回転を制御する制御部(図示せず)が設けられている。またシャフト13に関しても、シャフト13を回転するシャフト駆動部14、及びその回転を制御する制御部(図示せず)が設けられている。即ち、ダイ9に対する種結晶17の位置決めは、制御部によりシャフト13又は坩堝5を回転させて調整する。なお、種結晶17とダイ9との精密な位置決めについては、各仕切り板18の斜面30の一部を切り欠いたダイ9を使用することによっても行うことが出来る。
Therefore, the
図9は、上述したEFG法によって得られたセラミック複合体2の表面を示す顕微鏡写真である。図9に示すように、本実施形態のセラミック複合体2は、第1相であるY3Al5O12相と、第2相であるAl2O3相が共晶として存在しており、第1相と第2相が相互に立体的に絡み合ったラメラ構造を有している。図中において濃色で示された領域がY3Al5O12相であり、淡色で示された領域がAl2O3相である。また、第1相および第2相は、島状に独立して分離したものが少なく、三次元方向に連続した領域を有している。
FIG. 9 is a micrograph showing the surface of the
またセラミック複合体2に含まれるY3Al5O12相の組成比は、共晶組成近傍の19.72±2.00mol%である。Y3Al5O12相の組成比がこの範囲を外れると、Al2O3相との共晶でラメラ構造を均一に形成することが困難である。
Further, the composition ratio of the Y 3 Al 5 O 12 phase contained in the
また、Y3Al5O12相におけるCeの含有量は0.01mol%以上5.0mol%以下の範囲が好ましい。0.01mol%未満ではセラミック複合体2の発効強度が弱くなって照明装置用途に不適格となってしまう。他方、5.0mol%超では所望以外の他の化合物が生成し、白色光の発光に寄与しなくなる為である。Y3Al5O12相のYが部分的にCeに置換されることで、Y3Al5O12相が蛍光体材料として機能し、一次光である青色光を吸収して二次光の黄色光を放出する。Al2O3相の熱伝導率はY3Al5O12相の熱伝導率の約4倍と大きく、Y3Al5O12相での一次光を二次の黄色光に変換する際の発熱を効率的に放熱できる。Y3Al5O12相ではCe濃度によって吸収波長や発光波長が変化するが、本実施形態のセラミック複合体では後述するように比較的Ceの含有量が多くても均一に微細なラメラ構造を形成することができる。
Moreover, the content of Ce in the Y 3 Al 5 O 12 phase is preferably in the range of 0.01 mol% or more and 5.0 mol% or less. If it is less than 0.01 mol%, the effective strength of the
またセラミック複合体2には、MgOが10ppm以上500ppm以下の範囲で含有されている。MgOをこの範囲で含有することにより、青色光から白色光への変換効率が高められ、白色光の発光強度を大きく出来る。
Furthermore, the
また、本実施形態のセラミック複合体2では、Y3Al5O12相とAl2O3相のラメラ構造では、Y3Al5O12相におけるラメラ間隔の平均値を0.5μm以上20μm以下とすることが好ましい。ここでY3Al5O12相のラメラ間隔とは、Al2O3相に挟まれたY3Al5O12相の幅を示しており、連続したY3Al5O12相の長手方向を横断した幅を示している。ラメラ間隔が0.5μm未満の場合には、Y3Al5O12相のサイズが青色光の波長の数倍程度となってしまい均一に青色光を黄色光に波長変換することが困難になってしまう。また、ラメラ間隔が20μmよりも大きい場合には、ラメラ構造の緻密さが不十分であり、セラミック複合体2を青色光が透過する間にY3Al5O12相とAl2O3相の界面に入射する回数が減少し、十分に光が散乱されず波長変換や混色の効率が低下してしまう。
In addition, in the
またセラミック複合体2は、上述したようにEFG法を用いて製造されているため、坩堝5の材料であるモリブデン(Mo)またはタングステン(W)が微量に融液21に溶け出してセラミック複合体2に取り込まれる。したがって、セラミック複合体2には、上記Y3Al5O12相とAl2O3相、MgOおよびCeの他に、微量のMoまたはWが含有されている。
Furthermore, since the
セラミック複合体2に含有されるMoまたはWの量は、好ましくは1mol・ppm以上30000mol・ppm以下の範囲であり、さらに好ましくは100mol・ppm以上3000mol・ppm以下の範囲である。EFG法を用いたセラミック複合体2の製造では、坩堝5の材料が融液21に溶け出すことを完全に防止することが不可能であり、MoまたはWの含有量を1mol・ppm未満とすることは非常に困難である。また、MoまたはWの含有量を30000mol・ppmを超えて大きくすると、Y3Al5O1相やAl2O3相の結晶性が悪化して波長変換効率が悪化するため好ましくない。MoまたはWの含有量を100mol・ppm以上3000mol・ppm以下に設定すると、これら問題点が解消されると共に、一次光と二次光を均一に散乱して白色光の発光量増加が可能となるため、最も望ましい。したがって、セラミック複合体2に含有されるMoまたはWの含有量を少なくとも1mol・ppm以上30000mol・ppm以下とすることで、微細なラメラ構造を形成して均一に光散乱を行い、発光強度の均一化と変換効率の向上を図ることができる。
The amount of Mo or W contained in the
坩堝5としてMoまたはW以外の材料を用いると、融点が低いため坩堝5の材料が融液21に溶け出す量が増加し、セラミック複合体2に含有される坩堝5由来の元素含有量が増加するため好ましくない。また、坩堝5を構成する材料としてMoまたはW以外の融点が高い材料を用いることは、原料の融液21との反応性や、坩堝5の成形性等の問題があり好ましくない。したがって、EFG法を用いてセラミック複合体2を製造し、Y3Al5O12相とAl2O3相のラメラ構造を微細化するためには、セラミック複合体2にMoまたはWが上記範囲で含まれていることが重要である。
When a material other than Mo or W is used as the
セラミック複合体2の形状やサイズは限定されないが、セラミック複合体2への作業性の悪化防止の点から、幅が0.5mm以上300mm以下で長さが10mm以上1000mm以下の方形状、または直径が0.5mm以上2mm以下の形状が望ましい。上述したように本実施形態のセラミック複合体2はEFG法を用いて製造するため、ダイ9の幅と引き上げる長さを大きくすることで、容易に大面積のセラミック複合体2を得ることが可能である。また、ラメラ間隔の平均値が0.5μm以上20μm以下の範囲と微細な構造を有していることから、Y3Al5O12相とAl2O3相の界面で光が散乱されやすく、大面積であっても均一に面内全域で光を散乱し、均一な白色光を得ることができる。
The shape and size of the
また、セラミック複合体2の厚みは限定されないが、0.1mm以上4.0mm以下の範囲が好ましく、より好ましくは0.5mm以上2.0mm以下の範囲である。セラミック複合体2の厚みが0.1mm未満である場合には、EFG法では育成制御が困難になり、製造誤差による厚みの影響や、面内での厚みムラの影響が大きくなるため、面内全域で白色光を均一に得ることが困難になる。また、セラミック複合体2に含まれるY3Al5O12相の熱伝導率がAl2O3相の1/4程度しかないため、結晶を厚くすると放熱性が悪化し、表面と内部で温度差が生じやすくなる。よって、セラミック複合体2の厚みが4.0mmより大きい場合には、EFG法による引き上げ時に厚さ方向における外側と内側との温度差が生じやすくなり、コロニー構造が発生しやすくなり、ラメラ間隔の均一性が損なわれるため好ましくない。
Further, the thickness of the
図10~図12は、EFG法での引き上げ速度を変化させた際のラメラ構造を示す顕微鏡写真であり、図10は小さい速度で引き上げた場合を示し、図11は中程度の速度で引き上げた場合を示し、図12は大きい速度で引き上げた場合を示している。各々の写真で示されている範囲は、1辺が129μmの正方形である。
(実施例1)
Figures 10 to 12 are micrographs showing the lamellar structure when the pulling speed was varied in the EFG method. Figure 10 shows the case of pulling at a small speed, and Figure 11 shows the case of pulling at a medium speed. FIG. 12 shows the case of pulling at a high speed. The range shown in each photograph is a square with one side of 129 μm.
(Example 1)
セラミック複合体2に含まれるCeの濃度を0.5mol%とし、引き上げ速度を0.035インチ/時(約0.9mm/時)とした。Y3Al5O12相のラメラ間隔の平均を計測した結果は26.6μmであった。
(実施例2)
The concentration of Ce contained in the
(Example 2)
セラミック複合体2に含まれるCeの濃度を0.5mol%とし、引き上げ速度を0.2インチ/時(約5mm/時)とした。Y3Al5O12相のラメラ間隔の平均を計測した結果は15.2μmであった。
(実施例3)
The concentration of Ce contained in the
(Example 3)
セラミック複合体2に含まれるCeの濃度を0.3mol%とし、引き上げ速度を1.0インチ/時(約25mm/時)とした。Y3Al5O12相のラメラ間隔の平均を計測した結果は6.0μmであった。
(実施例4)
The concentration of Ce contained in the
(Example 4)
セラミック複合体2に含まれるCeの濃度を0.5mol%とし、引き上げ速度を1.0インチ/時(約25mm/時)とした。Y3Al5O12相のラメラ間隔の平均を計測した結果は5.5μmであった。
(実施例5)
The concentration of Ce contained in the
(Example 5)
セラミック複合体2に含まれるCeの濃度を0.3mol%とし、引き上げ速度を2.0インチ/時(約50mm/時)とした。相のラメラ間隔の平均を計測した結果は3.5μmであった。
(実施例6)
The concentration of Ce contained in the
(Example 6)
セラミック複合体2に含まれるCeの濃度を0.5mol%とし、引き上げ速度を2.0インチ/時(約50mm/時)とした。Y3Al5O12相のラメラ間隔の平均を計測した結果は4.6μmであった。
(実施例7)
The concentration of Ce contained in the
(Example 7)
セラミック複合体2に含まれるCeの濃度を1.0mol%とし、引き上げ速度を2.0インチ/時(約50mm/時)とした。Y3Al5O12相のラメラ間隔の平均を計測した結果は5.1μmであった。
(実施例8)
The concentration of Ce contained in the
(Example 8)
セラミック複合体2に含まれるCeの濃度を0.3mol%とし、引き上げ速度を4.0インチ/時(約100mm/時)とした。Y3Al5O12相のラメラ間隔の平均を計測した結果は2.6μmであった。
(実施例9)
The concentration of Ce contained in the
(Example 9)
セラミック複合体2に含まれるCeの濃度を0.5mol%とし、引き上げ速度を4.0インチ/時(約100mm/時)とした。Y3Al5O12相のラメラ間隔の平均を計測した結果は3.0μmであった。
(実施例10)
The concentration of Ce contained in the
(Example 10)
セラミック複合体2に含まれるCeの濃度を1.0mol%とし、引き上げ速度を4.0インチ/時(約100mm/時)とした。Y3Al5O12相のラメラ間隔の平均を計測した結果は4.4μmであった。
(実施例11)
The concentration of Ce contained in the
(Example 11)
セラミック複合体2に含まれるCeの濃度を0.5mol%とし、引き上げ速度を8.0インチ/時(約200mm/時)とした。Y3Al5O12相のラメラ間隔の平均を計測した結果は4.4μmであった。
The concentration of Ce contained in the
厚みが0.5mmのセラミック複合体2の実施例1~11に対して、波長450nmの青色光を照射したところ、いずれの実施例でも青色光はセラミック複合体2内で散乱されて一部が黄色光に波長変換され、外部に照射される光は均一な白色光であった。
When the
図10~図12に示したように、実施例1~11のいずれでも青色光の散乱と波長変換をして白色光を得ることができた。また、EFG法でのセラミック複合体2の引き上げ速度を大きくすることで、Y3Al5O12相のラメラ間隔は小さくなる傾向が確認できた。さらに、Ce濃度を0.01mol%以上5.0mol%以下の範囲としても、ラメラ構造の微細化は維持されることが確認できた。また、Ce濃度が低いほうがラメラ間隔は小さくなる傾向も読み取れる。
As shown in FIGS. 10 to 12, in all of Examples 1 to 11, white light could be obtained by scattering and wavelength conversion of blue light. Furthermore, it was confirmed that by increasing the pulling speed of the
図13は、Ce濃度が0.5mol%である実施例1,2,4,6,9,11の引き上げ速度とラメラ間隔の関係を示すグラフである。図13に示したグラフでは、横軸が引き上げ速度(μm/秒)であり縦軸がY3Al5O12相のラメラ間隔(μm)である。 FIG. 13 is a graph showing the relationship between the pulling speed and the lamella spacing in Examples 1, 2, 4, 6, 9, and 11 in which the Ce concentration is 0.5 mol%. In the graph shown in FIG. 13, the horizontal axis is the pulling speed (μm/sec), and the vertical axis is the lamella spacing (μm) of the Y 3 Al 5 O 12 phase.
図13に示したように、本実施形態のセラミック複合体2の製造方法では、種結晶17の引き上げ速度V(μm)とY3Al5O12相のラメラ間隔d(μm)には、d=a・V?1/2(aは定数)の関係があることがわかる。図13に示した例では定数a=13程度となっている。aはラメラ間隔dに応じて9~18に設定可能で、dが狭いほどaは小さくなり、dが広いほどaは大きくなる。したがって、同一の装置と成長条件を用いれば、引き上げ速度Vを制御するだけで得られるセラミック複合体2のラメラ間隔を制御することが可能となり、引き上げ速度V毎のラメラ間隔dを均一に保つ事が可能となる
As shown in FIG. 13, in the method for manufacturing the
また図13から、引き上げ速度が0.9mm/時(約0.25μm/秒)未満の場合には、ラメラ間隔の変動が極めて大きいことがわかる。したがって、引き上げ速度Vに誤差が生じた場合には、ラメラ構造のサイズが大きく変動してしまい、ラメラ構造のサイズを制御することが困難になる。 Furthermore, from FIG. 13, it can be seen that when the pulling speed is less than 0.9 mm/hour (approximately 0.25 μm/sec), the variation in the lamella spacing is extremely large. Therefore, if an error occurs in the pulling speed V, the size of the lamellar structure will vary greatly, making it difficult to control the size of the lamellar structure.
また、図13では引き上げ速度が56μm/秒までしかプロットされていないが、それ以上の引き上げ速度においても上記関係式を満たすと推測される。引き上げ速度は大きいほどラメラ間隔が小さくなり、光を均一に散乱することができて好ましいが、500mm/時間(約140μm/秒)より大きいとラメラ間隔が小さくなりすぎて光の波長に近づき、かえって散乱が生じにくくなるため好ましくない。 Further, in FIG. 13, although the pulling speed is plotted only up to 56 μm/sec, it is presumed that the above relational expression is satisfied even at a pulling speed higher than 56 μm/sec. The higher the pulling speed is, the smaller the lamella interval is, which is preferable because it can scatter light more uniformly. However, if it is higher than 500 mm/hour (approximately 140 μm/sec), the lamella interval becomes too small and approaches the wavelength of light, which can lead to This is not preferable because scattering becomes difficult to occur.
また、引き上げ速度が400mm/時間(約110μm/秒)より大きい場合には、融液溜まり22の温度を制御することが困難になるため、ラメラ構造のサイズを制御することも困難になる。また、引き上げ速度が大きすぎると、融液溜まり22の融液21が種結晶17やネック25、直胴部分26から分離して成長が中断する可能性が高くなるため好ましくない。
Further, if the pulling speed is higher than 400 mm/hour (approximately 110 μm/sec), it becomes difficult to control the temperature of the
以上に述べたように、本実施形態のセラミック複合体2の製造方法では、スリット19を有すると共に、各々の長手方向が平行に配置された複数のダイ9を坩堝5に収容し、坩堝5に少なくとも酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、および酸化セリウムを含む原料を投入する工程と、坩堝5を加熱して、原料を坩堝5内で溶融して融液21を用意する工程と、スリット19を介してスリット19上部に融液21を溜めた融液溜まりを形成する工程と、融液溜まりに種結晶17を接触させ、種結晶17を引き上げ速度0.9mm/時間以上400mm/時間以下で引き上げる引き上げ工程を有している。これにより、Y3Al5O12相とAl2O3相のラメラ間隔を制御する事ができ、一次光と波長変換された二次光を均一に散乱するラメラ構造のサイズを制御することが可能となる。従って、二次光への波長変換効率を向上させる事が出来る。更に、種結晶17の引き上げ速度毎のラメラ間隔を均一に保つ事が可能となる。
As described above, in the method for manufacturing the
また本発明では、EFG法によりセラミック複合体2を育成成長させる事により、種結晶の引き上げ速度を0.9mm/時間以上400mm/時間以下の範囲内で変動させると共に、Ceをセラミック複合体2に含有させても、コロニー構造の発生を防止する事が出来る。コロニー構造とはラメラ構造の相間隔の短い複数の相が密に存在する部分が、相間隔の長い複数の相が疎に存在する部分によって囲まれている構造である。そのようなコロニー構造は、図9~図12に示すように、本実施形態及び実施例では何れも発生が確認されなかった。従って、セラミック複合体2に於ける白色光の発光ムラが防止可能となる。
Furthermore, in the present invention, by growing the
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. are also included within the technical scope of the present invention.
1…製造装置
2…セラミック複合体
3…育成容器
4…引き上げ容器
5…坩堝
6…坩堝駆動部
7…ヒータ
8…電極
9…ダイ
10…断熱材
11…雰囲気ガス導入口
12…排気口
13…シャフト
14…シャフト駆動部
15…ゲートバルブ
16…基板出入口
17…種結晶
18…仕切り板
19…スリット
21…融液
23…切り欠き部
24…切り欠き穴
26…直胴部分
30…斜面
1...
Claims (2)
前記坩堝を加熱して、前記原料を前記坩堝内で溶融して融液を用意する工程と、
前記スリットを介して前記スリット上部に前記融液を溜めた融液溜まりを形成する工程と、
前記融液溜まりに種結晶を接触させ、前記種結晶を引き上げ速度0.9mm/時間以上400mm/時間以下で引き上げる引き上げ工程を有して、
第1相であるY 3 Al 5 O 12 相と、第2相であるAl 2 O 3 相が共晶として存在しており、第1相と第2相が相互に立体的に絡み合ったラメラ構造を有しているセラミック複合体を、モリブデンまたはタングステンの含有量が1mol・ppm以上30000mol・ppm以下で且つ厚みが0.1mm以上4.0mm以下で引き上げることを特徴とするセラミック複合体の製造方法。 A plurality of dies each having a slit and arranged in parallel in the longitudinal direction are housed in a crucible made of molybdenum or tungsten , and raw materials containing at least aluminum oxide, yttrium oxide, magnesium oxide, and cerium oxide are placed in the crucible. The process of inputting
heating the crucible to melt the raw material in the crucible to prepare a melt;
forming a melt pool containing the melt above the slit through the slit;
A pulling step of bringing a seed crystal into contact with the melt pool and pulling the seed crystal at a pulling rate of 0.9 mm/hour or more and 400 mm/hour or less ,
The first phase, Y 3 Al 5 O 12 phase, and the second phase, Al 2 O 3 phase, exist as a eutectic, and the first phase and the second phase are intertwined with each other in a lamellar structure. A method for producing a ceramic composite comprising pulling a ceramic composite having a molybdenum or tungsten content of 1 mol/ppm or more and 30,000 mol/ppm or less and a thickness of 0.1 mm or more and 4.0 mm or less. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019161969A JP7350298B2 (en) | 2019-09-05 | 2019-09-05 | Method for manufacturing ceramic composites |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019161969A JP7350298B2 (en) | 2019-09-05 | 2019-09-05 | Method for manufacturing ceramic composites |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021038126A JP2021038126A (en) | 2021-03-11 |
JP7350298B2 true JP7350298B2 (en) | 2023-09-26 |
Family
ID=74848200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019161969A Active JP7350298B2 (en) | 2019-09-05 | 2019-09-05 | Method for manufacturing ceramic composites |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7350298B2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012229134A (en) | 2011-04-25 | 2012-11-22 | Fujikura Ltd | Method for producing oxide eutectic body |
JP2013028667A (en) | 2011-07-27 | 2013-02-07 | Panasonic Corp | Fluorescent material of yttrium-aluminum garnet type, and light-emitting device using the same |
JP2016060672A (en) | 2014-09-19 | 2016-04-25 | 並木精密宝石株式会社 | Method for producing a plurality of sapphire single crystals |
WO2016199406A1 (en) | 2015-06-12 | 2016-12-15 | 株式会社 東芝 | Phosphor and method for producing same, and led lamp |
JP2017120864A (en) | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 株式会社タムラ製作所 | Light emitting device |
JP2018052783A (en) | 2016-09-30 | 2018-04-05 | アダマンド並木精密宝石株式会社 | Heater insulation structure, and single crystal production apparatus |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3852804B2 (en) * | 1998-03-26 | 2006-12-06 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Method for producing oxide-based eutectic ceramic fiber |
-
2019
- 2019-09-05 JP JP2019161969A patent/JP7350298B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012229134A (en) | 2011-04-25 | 2012-11-22 | Fujikura Ltd | Method for producing oxide eutectic body |
JP2013028667A (en) | 2011-07-27 | 2013-02-07 | Panasonic Corp | Fluorescent material of yttrium-aluminum garnet type, and light-emitting device using the same |
JP2016060672A (en) | 2014-09-19 | 2016-04-25 | 並木精密宝石株式会社 | Method for producing a plurality of sapphire single crystals |
WO2016199406A1 (en) | 2015-06-12 | 2016-12-15 | 株式会社 東芝 | Phosphor and method for producing same, and led lamp |
JP2017120864A (en) | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 株式会社タムラ製作所 | Light emitting device |
JP2018052783A (en) | 2016-09-30 | 2018-04-05 | アダマンド並木精密宝石株式会社 | Heater insulation structure, and single crystal production apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021038126A (en) | 2021-03-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5904421B2 (en) | Group III nitride crystal and method of manufacturing semiconductor device | |
JP2011190127A (en) | Gallium oxide single crystal and method for producing the same | |
JP2013237591A (en) | Gallium oxide melt, gallium oxide single crystal, gallium oxide substrate, and method for producing gallium oxide single crystal | |
US11525082B2 (en) | Phosphor and production method thereof phosphor-including member, and light emitting device or projector | |
JP7350298B2 (en) | Method for manufacturing ceramic composites | |
JP7445949B2 (en) | ceramic composite | |
EP2324146B1 (en) | Method and apparatus for growing a ribbon crystal while controlling transport of gas borne contaminants across a ribbon surface | |
WO2021045077A1 (en) | Ceramic composite | |
JP2021038347A (en) | Ceramic composite | |
JP2021038346A (en) | Ceramic complex | |
WO2016043176A1 (en) | Plurality of sapphire single crystals and method of manufacturing same | |
WO2021079793A1 (en) | Ceramic composite and production method for ceramic composite | |
JP6014838B1 (en) | Multiple sapphire single crystals and method for producing the same | |
JP6025085B2 (en) | Multiple sapphire single crystals and method for producing the same | |
CN211311665U (en) | Mould for producing rare earth eutectic fluorophor by guide mould method | |
KR102698389B1 (en) | Thin plate single crystal manufacturing device and thin plate single crystal manufacturing method | |
CN210778670U (en) | Clamping piece for die for producing rare earth eutectic phosphors with different thicknesses by guide die method | |
JP2023142167A (en) | Fluophor and light source device | |
JP2022115378A (en) | Crystal, fluorescence element and light-emitting device | |
JP2024095170A (en) | Fluorescent body and light source device | |
JP2022153703A (en) | CERAMIC COMPOSITE, WATCH OR NAMEPLATE INCLUDING CERAMIC COMPOSITE, AND METHOD FOR MANUFACTURING CERAMIC COMPOSITE | |
KR101829291B1 (en) | Crucible and apparatus for growing a single crystal including the same | |
WO2022163604A1 (en) | Light emitter, wristwatch, and method for manufacturing light emitter | |
JP2017193472A (en) | Crystal growth apparatus for EFG method | |
JP2017078013A (en) | Sapphire single crystal manufacturing method of the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220902 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230417 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230424 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230622 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230904 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230906 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7350298 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |