溫度補償用構件及用該構件的光通訊器件的製作方法

2023-05-18 12:02:36

專利名稱：溫度補償用構件及用該構件的光通訊器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有負的熱膨脹係數的溫度補償用構件，和用該構件體的光通訊器件背景技術伴隨著光通訊技術的進步，採用光學纖維的網絡正在快速發展。在網絡中，通過採用把幾種不同波長的光一起傳遞的波長復用技術，濾波器及耦合器、導波線路等正變成重要的器件。
在這種器件中，特性受溫度影響而變化，由於在室外使用會引起故障，因此，必須要有使這類器件特性不隨溫度變化而保持一定的技術，即要有所謂溫度補償技術。
作為光通訊器件必須的溫度補償的代表性器件有光纖布拉格光柵(下面稱作FBG)。FBG是在光學光纖芯線內具有格型折射率變化的部分，即所謂形成光柵的器件，根據下式(1)所示的關係，具有反射特定波長光的特性。因此，波長不同的光信號，在通過1根光學纖維傳送多種波長的復用傳送方式的光通信系統中，作為重要的光學器件而受到注目。
λ＝2nΛ(1)式中，λ表示反射波長，n為芯線的實際折射率，Λ表示把折射率設定成格型變化部分的晶格間隔。
然而，這樣的FBG，其問題是當其周圍溫度變化時，反射波長也變動。反射波長的溫度依賴性用下列(2)式表示，該式是把數學公式(1)對溫度T進行微分求出的。
αλ/αT＝2[(αn/αT)Λ＋n(αΛ/αT)]＝2Λ[(αn/αT)＋n(αΛ/αT)/Λ] … (2)該式(2)右邊第2項的(αΛ/αT)/Λ，相當於光學纖維的熱膨脹係數，該值大約為0.6×10-6/℃。另一方面，右邊第1項為光學纖維芯線部分折射率對溫度的依賴性，該值大約為7.5×10-6/℃。即，反射波長的溫度依賴性取決於芯線部分的折射率變化和熱膨脹引起的晶格間隔變化兩者，然而，大部分起因於折射率的溫度變化。
作為用於防止這種反射波長變動的手段，已知有把對應於溫度變化的張力加到FBG上，通過使晶格間隔發生變化，使起因於折射率變化的成分相抵銷的方法。
作為該方法的具體例子，例如，有人提出，在熱膨脹係數小的合金和石英玻璃等材料，和熱膨脹係數大的鋁等金屬組合成的溫度補償用構件上把FBG加以固定的方法。也就是說，如

圖1所示在熱膨脹係數小的殷鋼(invar)(商標)棒10的兩端分別設置熱膨脹係數比較大的鋁製託架11a、11b上，用夾杆12a、12b以規定的張力拉緊光學纖維13的狀態加以固定到這些鋁製託架11a、11b上。此時，光學纖維13的光柵部分13a夾在2個夾杆12a、12b之間。
在該狀態下，當周圍溫度上升時，鋁製託架11a、11b伸張開來，2個夾杆12a、12b之間的距離縮短，所以在光學纖維13的光柵部分13a上施加的張力減少。另一方面，當周圍溫度降低時，鋁製託架11a、11b收縮，2個夾杆12a、12b之間的距離增加，所以光學纖維13的光柵部分13a上施加的張力增加。在這樣的情況下，由於溫度變化而使FBG這種張力發生變化，可以調節光柵部分的晶格間隔，由此可以把反射中心波長的溫度依賴性相抵銷。
然而，這種溫度補償裝置，其問題是由於結構複雜，難以操作。
作為解決上述問題的方法，WO97/28480公開了一種方法，如圖2所示，把預先成形為板狀的原玻璃體，通過熱處理使其結晶，把FBG15固定在具有負的熱膨脹係數的玻璃陶瓷基板14上，由此控制FBG15張力的方法。另外，圖2中16示出光柵部分，17示出粘合固定部分，18示出砝碼。
WO97/28480公開的方法，由於是用單一構件進行溫度補償，所以結構簡單，操作容易，這是優點，然而，由於使用的玻璃陶瓷的失透性強，作為所得到的形狀，限於板狀那樣的簡單的形狀，無法製造複雜形狀的構件，這是個問題。
另外，除上述以外，特開平10-96827號公報公開了一種，由Zr-鎢酸鹽體系，或者Hf-鎢酸鹽體系構成的具有負的熱膨脹係數的溫度補償用構件，然而，這些材料非常昂貴，難以作為在工業製品實際使用。而且，這種溫度補償用構件，由於熱膨脹係數負值過大，難以與FBG的反射中心波長的溫度依賴性良好的相抵銷。而且，這種溫度補償用構件，通過添加具有正的熱膨脹係數的Al2O3等材料，也可以把熱膨脹係數調整到正的方向，然而，當添加這種Al2O3等材料時，因所用的各種材料的膨脹係數相差大而使強度降低，所以難以作為工業製品實際使用。
因此，本發明的目的是提供一種，具有負的熱膨脹係數，即使形狀複雜也能成型，可廉價製造的溫度補償用構件。
本發明的其它目的在於，提供使用上述溫度補償用構件的光通訊器件。
發明的公開本發明人為了達到上述目的進行種種試驗的結果發現，通過把多種粉末粒子燒結，在該燒結體內部含有熱膨脹係數顯示各向異性的結晶，具有負的熱膨脹係數，可以廉價的製造出可成型為複雜形狀的溫度補償用構件，完成本發明。
按照本發明，製得的溫度補償用構件，其特徵是，該溫度補償用構件是由從結晶粉末，結晶析出性玻璃粉末以及部分結晶化的玻璃粉末構成的一組中選擇至少一種加以焙燒得到的燒結體而構成的，其內部含有熱膨脹係數顯示各向異性的結晶，具有負的熱膨脹係數。
按照本發明製得的溫度補償用構件，其特徵是，從結晶粉末、結晶析出性玻璃粉末以及部分結晶化的玻璃粉末構成的一組中選擇至少一種粉末，和從非晶質玻璃粉末、溶膠－凝膠法製得的玻璃粉末、溶膠及凝膠構成的一組中選擇的至少1種添加劑加以混合，通過焙燒製得燒結體而構成的，其內部含有熱膨脹係數顯示各向異性的結晶，具有負的熱膨脹係數。
按照本發明製得的光通訊器件，其特徵是，該光通訊器件採用的溫度補償用構件是從結晶粉末、結晶析出性玻璃粉末、以及部分結晶化玻璃粉末的一種中至少選擇1種通過焙燒製得燒結體而構成的，其內部含有熱膨脹係數顯示各向異性的結晶，具有負的熱膨脹係數。
按照本發明製得的光通訊器件，其特徵是，該光通訊器件採用的溫度補償用構件是從結晶粉末、結晶析出性玻璃粉末、以及部分結晶化玻璃粉末構成的一組中選擇的至少1種粉末和，從非晶質玻璃粉末、溶膠－凝膠法製成的玻璃粉末、溶膠、以及凝膠構成的一組中選擇的至少1種添加劑加以混合，通過焙燒得到的燒結體構成的，其內部含有熱膨脹係數顯示各向異性的結晶，具有負的熱膨脹係數。
附圖的簡單說明圖1為示出防止傳統的FBG反射波長對溫度變化產生變動的裝置的正視圖。
圖2為示出在表面固定了FBG，具有負的熱膨脹係數的玻璃陶瓷基板的側視圖。
圖3為示出構成本發明的溫度補償用構件的陶瓷燒結體側視圖。
實施本發明的最佳方案本發明的溫度補償用構件，是從結晶粉末、結晶析出性玻璃粉末、以及部分結晶化玻璃粉末構成的一組中選擇的1種或者2種以上粉末，使其多層疊層後，通過燒結製成的。可是，複雜的形狀也可以採用加壓成型、鑄造成型、擠出成型等方法容易地、低成本地進行成型。
如同上述WO97/28480號那樣，把玻璃原料熔融，成型為所希望的形狀後，通過熱處理使其結晶，製得具有負的熱膨脹係數的結晶化玻璃的方法，採用該法，玻璃熔融液失透性極強，複雜形狀不可能成型，現說明如下。
為使所得到的結晶化玻璃具有足夠的負熱膨脹係數，必須使其結晶度接近100％，並且，析出結晶的組成接近純結晶的組成，所以，原玻璃的組成不得不成為極類似於必然的結晶組成。這樣的原玻璃熔融液失透性極強，用噴咀噴出、鑄造、軋制、冷卻等一系列成型工序的所有一切場合，均析出粗大結晶，在玻璃中易產生大的膨脹差。結果是，在成型和加工時，由於易生成表面裂縫，不要說複雜形狀的製品，以工業成品率進行生產也幾乎是不可能的。
與此相反，在使用結晶粉末的場合，總結起來說，沒有必要使玻璃熔融，只把用原有的方法製造的結晶粉末進行燒結就可以製造。另外，在使用結晶析出性玻璃粉末及部分結晶化玻璃粉末的場合，一旦玻璃和結晶化玻璃形成粉末後，就可以燒結成所希望的形狀。可是，熔融玻璃的失透不必考慮，複雜形狀的製品可以批量生產。即，結晶析出性玻璃粉末及部分結晶化玻璃粉末，在成型工序，即使析出粗大結晶，由於在粉碎工序變成微粒，使質量均勻，也不會產生使生產性下降等問題。
另外，本發明的溫度補償用構件，由於內部含有熱膨脹係數各向異性的結晶，在燒結過程中成長的結晶粒子冷卻中，在結晶晶粒邊界上發生許多微裂，作為整體的負熱膨脹係數，具體的是在-40～100℃的溫度範圍內，所得到的熱膨脹係數為-10～-120×10-7/℃(理想的為-30～-90×10-7/℃)。因此，當用其作為FBG的溫度補償用構件時，把因溫度變化產生的張力施加到FBG上，通過使晶格間隔發生變化，可與起因於折射率變化的成分相抵銷。
在本發明中，具有各向異性的熱膨脹係數的各種結晶粒子，在熱處理中，根據各自的結晶晶軸方向的熱膨脹係數，沿各自的方向進行膨脹或收縮，各結晶粒子互相再取向，充填密度變高，各粒子間彼此的接觸面積增加。這樣，在熱處理中，結晶粒子互相熔融粘合，促進表面能趨於最小，結果是，可以得到高強度，具體的可以得到具有10MPa以上的彎曲強度的陶瓷構件。另外，在本發明中，為了加大粉末粒子彼此的接觸面積，希望粉末粒徑在50μm以下。
還有，所謂熱膨脹係數顯示各向異性的結晶指的是至少一個結晶晶軸方向的熱膨脹係數為負，其他軸方向為正的結晶。作為本發明中的結晶粉末，可以使用β-鋰霞石為代表的矽酸鹽、PbTiO3等鈦酸鹽或NbZr(PO4)3等磷酸鹽等以及La、Nb、V、Ta等的氧化物粉末，然而，其中，特別是β-鋰霞石結晶粉末，由於熱膨脹係數的各向異性大，是適用的。而且，採用把原料粉末進行混合，加以焙燒的所謂固相法製成的β-鋰霞石結晶粉末，與把原料採用一次熔融的熔融法製成的粉末相比，可在低溫合成，粉碎容易，製造成本低，這是有利點。
在本發明中，當結晶粉末和，結晶析出性玻璃粉末及/或部分結晶粉末加以混合後進行燒結時，燒結體的彎曲強度可以更加提高，是理想的。這些粉末的混合比例，當結晶粉末達到30～99體積％時，結晶析出性玻璃粉末及/或部分結晶化玻璃粉末達到1～70體積％是適當的。
在本發明中，從結晶粉末、結晶析出性玻璃粉末、以及部分結晶化玻璃粉末構成的一組中選擇1種或2種以上粉末和，非晶質玻璃粉末、溶膠－凝膠法製成的玻璃粉末、溶膠及凝膠的1種或2種以上的添加劑加以混合後進行燒結時，可以謀求焙燒溫度降低，作業性提高和成本下降。這些粉末的混合比例，當結晶粉末、結晶析出性玻璃粉末以及部分結晶化玻璃粉末的1種或2種以上達到50～99.9體積％時，添加劑的1種或2種以上達到0.1～50體積％是適當的。
因此，所謂結晶析出性玻璃粉末，是通過熱處理、具有析出內部結晶性質的玻璃粉末。而所謂部分結晶化玻璃粉末，是玻璃中析出來結晶的結晶化玻璃粉末。而且，在本發明中，當和上述結晶粉末不同的其他種類結晶粉末(例如Al2O3粉末)混合時，可以得到更容易對熱膨脹係數及強度或化學性質的調整的上述效果。
本發明的溫度補償用構件，通過採用加壓成型法、鑄造法、擠出成型法等，可容易地製成複雜形狀的燒結體。例如，可以容易地在燒結體的指定場所形成用於配置光學器件的溝及貫穿孔。這在製作光學通訊器件方面有下列明顯的優點。
例如，FBG光學纖維，用粘合劑粘合固定在溫度補償用構件上。當在溫度補償用構件的指定場所，形成用於配置光學器件的溝及貫穿孔時，在光學纖維粘合加工時，容易自動化組裝。並且，製造成本低廉。還有，溝和貫穿孔，並不限定在1個場所，在幾個場所形成也可。
另外，一般情況下，在把FBG等纖維狀光學器件固定在溫度補償用構件上時，溫度補償用構件因固定時的長度收縮時，為使光學器件不發生彎曲，必須預先賦予光學器件以張力，然而，上述溝及貫穿孔的直徑接近光學器件的直徑，所以，使用的粘合劑量少，或以薄的粘合劑層加以固定成為可能。如果粘合劑層變薄，取決於粘合劑和光學器件，起因於溫度補償用構件之間的熱膨脹差的應力降低，則在溝及貫穿孔的全部長度上粘合固定成為可能，溫度補償用構件即使因固定時的長度收縮的情況下，光學器件也不發生彎曲，沒有必要預先賦予張力，可以用最簡單的工序製造出具有溫度補償功能的光學器件。特別是，在溫度補償用構件上形成精密的貫穿孔，把光學器件插入其中時，溫度補償用構件同時具有作為決定光學器件位置的部件的功能，在把具有溫度補償功能的器件與光學纖維及其他器件連接時，其自身還有作為連接部件的功能。
在把光學器件連接到本發明的溫度補償用構件上時，作為所用的粘合劑，低熔點玻璃料及環氧樹脂是合適的，然而，特別是從優良的長期穩定性、低溫粘合性能考慮，由鹼性矽酸鹽水溶液(特別是矽酸鈉水溶液、矽酸鉀水溶液)和無機粉末(特別是析出β-鋰輝石、β-鋰輝石固溶體、β-鋰霞石或β-石英固溶體的Li2O-Al2O3-SiO2類結晶化玻璃粉末)構成的粘合劑是合適的。
下面按照各種實施例及比較例詳細地說明本發明。
實施例1首先，把β-鋰霞石結晶粉碎，得到平均粒徑10μm以下的結晶粉末。然後，把該結晶粉末放入模具中，以20MPa的壓力加壓成型。製成如圖3所示的製品(壓粉體)19，其寬4mm、厚3mm、長40mm的方柱狀，在長度方向的上面中央，形成寬1mm、深1mm的溝19a。
然後，把該製品19置於空氣中，於1300℃焙燒2小時，燒結後，冷卻至室溫，製成陶瓷燒結體，該陶瓷燒結體是由在結晶晶粒邊界形成許多微裂的β-鋰霞石構成的。
實施例2把Pb0.9Ca0.1(Fe0.5Nb0.5)0.5Ti0.5O3的結晶粉碎，得到平均粒徑10μm以下的結晶粉末。把該結晶粉末，與實施例1同樣進行加壓成型，製成成型製品。把該成型製品在空氣中，於1320℃焙燒10小時，使其燒結，製成燒結體，該燒結體是由在結晶晶粒界面形成了許多微裂的Pb0.9Ca0.1(Fe0.5Nb0.5)0.5Ti0.5O3構成的陶瓷燒結體。
實施例3首先，把β-鋰霞石結晶粉碎，得到平均粒徑10μm以下的結晶粉末。然後，往該結晶粉末中混入按體積計為35體積％的、與其具有相同的平均粒徑、並且主要成分由SiO2、Al2O3、MgO構成的、通過加熱析出堇青石的玻璃粉末，然後，與實施例1同樣進行加壓成型，製成成型製品。該成型製品在空氣中，於1300℃焙燒10小時，通過燒結，製成燒結體，該燒結體含有在結晶晶粒界面形成了許多微裂的β-鋰霞石固溶體。
實施例4首先，把NbZr(PO4)3結晶粉碎，得到平均粒徑10μm以下的結晶粉末。然後，往該結晶粉末中混入與其具有相同平均粒徑的Al2O3粉末10％，得到混合粉末。往該混合粉末中加水，混煉成淤漿狀後，流入具有預定形狀的石膏模型中，乾燥，脫模，製成鑄造成型製品。把該鑄造成型製品在空氣中，於1350℃焙燒5小時，通過燒結，製成與實施例1具有同樣形狀，在結晶晶粒界面含有形成了許多微裂的NbZr(PO4)3燒結體。
實施例5首先，把β-鋰霞石結晶粉碎，得到平均粒徑10μm以下的結晶粉末。然後，往該結晶粉末中混入按體積計為35體積％的、與其具有相同平均粒徑、且其主成分由SiO2、Al2O3、Li2O構成的、通過加熱析出β-石英固溶體或β-鋰輝石固溶體的玻璃粉末，得到混合粉末。把該混合粉末與實施例4同樣進行鑄造成型，製成鑄造成型製品。把該鑄造成型製品在空氣中，於1300℃焙燒2小時，通過燒結，製成燒結體，該燒結體含有在結晶晶粒界面形成許多微裂的β-鋰霞石固溶體結晶。
實施例6首先，把β-鋰霞石結晶粉碎，得到平均粒徑10μm以下的結晶粉末。然後，往該結晶粉末中混入30體積％的、與其具有相同平均粒徑的NbZr(PO4)3結晶，得到混合粉末。將該混合粉末與實施例1同樣進行加壓成型，製成成型製品。把該成型製品在空氣中，於1300℃焙燒5小時，通過燒結，製成含有β-鋰霞石結晶和NbZr(PO4)3結晶的、在結晶晶粒邊界形成許多微裂的燒結體。
實施例7首先獲得，按重量百分率計，使調合達到SiO246％、Al2O341％、Li2O9％、TiO21％、ZrO23％的組成的玻璃原料。把該玻璃原料在白金坩鍋內於1550℃熔融6小時，然後，將其水碎後，用球磨機加以粉碎、分級，得到平均粒徑10μm的結晶析出性玻璃粉末。
其次，把該結晶析出性玻璃粉末，與實施例1同樣加壓成型，製成成型製品。把該成型製品於1350℃加熱10小時後，以200℃/小時的降溫速度進行冷卻，製成陶瓷燒結體。
實施例8首先，把具有與實施例7同樣組成的玻璃水碎物，於900℃加熱1小時後，以200℃/小時的降溫速度冷卻，內部析出β-石英固溶體結晶，得到結晶化度約80％的部分結晶化玻璃。
其次，把該部分結晶化玻璃用球磨機粉碎，進行分級，得到平均粒徑10μm的部分結晶化玻璃粉末。把該玻璃化粉末，與實施例1同樣加壓成型，製成成型製品。把該製品於1350℃加熱10小時後，以200℃/小時的降溫速度加以冷卻，製成陶瓷燒結體。
實施例9把β-鋰霞石結晶粉碎，製成平均粒徑10μm的結晶粉末。另外，製成具有下列重量百分率組成的非晶質玻璃粉末(平均粒徑10μm)SiO263％、Na2O 6％、Al2O36％、B2O320％、K2O 2％、BaO 3％。然後，把上述結晶粉末85體積％和非晶質玻璃粉末15體積％加以混合，將它們放入模具內，以20MPa的壓力加壓成型，製成與實施例1同樣的成型製品。
其次，把該成型製品在空氣中，於1000℃焙燒1小時，通過燒結，製成內部含有β-鋰霞石結晶，在結晶相中形成許多微裂的陶瓷燒結體。
實施例10把Pb0.9Ca0.1(Fe0.5Nb0.5)0.5Ti0.5O3的結晶加以粉碎，製成平均粒徑10μm的結晶粉末。另外，製成按重量百分率計，具有組成為SiO265％、Al2O322％、Li2O 5％、K2O 2％、P2O52％、MgO 1％、ZnO 3％，且具有通過加熱內部析出β-石英固溶體結晶的性質的結晶性玻璃粉末(平均粒徑10μm)。
然後，把上述結晶粉末85體積％和結晶析出性玻璃粉末15體積％加以混合，將它們放入模具，用20MPa的壓力加壓成型，製成與實施例1同樣的成型製品。
其次，把該製品在空氣中，於1200℃焙燒3小時，通過燒結，製成內部含有Pb0.9Ca 0.1(Fe0.5Nb0.5)0.5Ti0.5O3的結晶和β-鋰霞石結晶，在結晶相中形成許多微裂的陶瓷燒結體。
實施例11準備平均粒徑10μm的β-石英固溶體粉末。另外，製成按重量百分率計，具有組成為SiO267％、Al2O323％、Li2O 5％、P2O51.4％、ZrO22.3％、SnO21.3％，且具有通過加熱可以析出β-石英固溶體結晶的性質的玻璃粉末(平均粒徑10μm)結晶析出性。
然後，把上述結晶粉末60體積％和結晶析出性玻璃粉末40體積％加以混合，將它們放入模具內，用20MPa加壓成型，製成與實施例1同樣的成型製品。
其次，把該成型製品在空氣中於1200℃焙燒5小時，通過燒結，製成在內部在β-石英固溶體結晶相中形成許多微裂的陶瓷燒結體。
實施例12與實施例1同樣的β-鋰霞石結晶粉末80體積％和，溶膠一凝膠法製成的SiO2玻璃粉末(平均粒徑5μm)20體積％加以混合，得到混合粉末。往該混合粉末中加水使成粘土狀後，採用擠壓成型，製成外徑3mm、內徑0.3mm的管狀成型製品。
然後，把該成型製品在空氣中，於1200℃焙燒12小時，使其燒結，製成內部含有許多β-鋰霞石結晶，在結晶中形成許多微裂的陶瓷燒結體。
實施例13與實施例1同樣的β-鋰霞石結晶粉末60重量％和，濃度10％的Al(OC4H9)3溶液40重量％加以混合，得到混合原料。把該混合原料於120℃的溫度乾燥後，放入模具，用20Mpa的壓力加壓成型，製成與實施例1同樣的成型製品。
然後，把該製品在空氣中，於900℃焙燒5小時，使其燒結，製成的內部含有β-鋰霞石及氧化鋁結晶，在結晶相中形成許多微裂的陶瓷燒結體。
實施例14把平均粒徑15μm的NbZr(PO4)3結晶粉末80體積％和重量百分率為SiO265％、Al2O36％、Li2O 1％、B2O320％、BaO 3％、F 0.5％、Na2O 2.5％、K2O 2％構成的非晶質玻璃粉末(平均粒徑10μm)20體積％加以混合，製得混合粉末。把該混合粉末放入模具內，用20MPa的壓力加壓成型，製成與實施例1同樣的成型製品。
其次，把該成型製品在空氣中，於1100℃焙燒2小時，通過燒結，製成內部含有NbZr(PO4)3結晶，在結晶中形成許多微裂的燒結體。
實施例15把平均粒徑5μm的SnO2粉末50體積％和β-鋰霞石結晶80體積％析出的部分結晶化玻璃粉末50體積％加以混合，得到混合粉末。把該混合粉末放入模具，用20MPa的壓力加壓成型，製成與實施例1同樣的成型製品。
其次，把該製品在空氣中，於1300℃焙燒10小時，通過燒結，製成內部含有SnO2及β-鋰霞石結晶，在結晶中形成許多微裂的陶瓷燒結體。
實施例16把與實施例1同樣的β-鋰霞石結晶粉末55體積％和，組成具有重量百分率為SiO265％、Al2O322％、Li2O 5％、K2O 2％、P2O52％ MgO 1％、ZnO 3％，通過加熱，具有析出內部β-石英固溶體結晶性質的結晶析出性玻璃粉末(平均粒徑10μm)45體積％加以混合，得到混合粉末。把該混合粉末放入模具內，用20MPa的壓力加壓成型，製成與實施例1同樣的成型製品。
其次，把該成型製品在空氣中，於1250℃焙燒5小時，通過燒結，製成內部含有β-鋰霞石結晶，在結晶相中形成許多微裂的陶瓷。
比較例1把Li2O∶Al2O3∶SiO2的摩爾比為1∶1∶2構成的熔融液，在模具內澆注冷卻，形成與實施例1同樣的形狀後，於1300℃焙燒15小時，製成結晶相中含有許多微裂的β-鋰霞石構成的結晶化玻璃。
比較例2把平均粒徑10μm的SnO2粉末60體積％和以SnO2，Al2O3、Li2O為主要成分構成的、通過加熱可以析出β-石英固溶體或β-鋰輝石固溶體、且平均粒徑10μm的玻璃粉末40體積％加以混合，製成混合粉末。把該混合粉末放入模具內，採用20MPa的壓力，製成與實施例1同樣形狀的加壓成型的成型製品。把該製品在空氣中，於1400℃焙燒15小時，通過燒結，製成陶瓷燒結體。該燒結體內部含有SnO2結晶，而在結晶相中不形成微裂。
比較例3把平均粒徑5μm的SnO2粉末加壓成型為與實施例1同樣的形狀，製成成型製品。把該成型製品在空氣中，於1400℃焙燒15小時，通過燒結，製成陶瓷燒結體。該燒結體內部含有SnO2結晶，而在結晶中不形成微裂。
對這樣製成的實施例和比較例的陶瓷燒結體，測定熱膨脹係數和彎曲強度，結果示於表1。
表1

如表1所示，實施例的各陶瓷燒結體，具有-30～-85×10-7/℃的負膨脹係數，彎曲強度高達15MPa以上，並且，形成所希望形狀的溝，特別適於FBG中使用的溫度補償用構件。
另一方面，比較例1的結晶化玻璃，成型時，失透顯著，粗大的結晶析出，表面產生許多裂紋。另外，比較例2、3的陶瓷燒結體由於具有正的熱膨脹係數，不能用作溫度補償用構件。
還有，表1中的熱膨脹係數，用膨脹計測定-40～100℃溫度範圍內的熱膨脹脹係數，而彎曲強度是把各陶瓷燒結體成型加工成3mm×4mm×35mm的板狀，按照JISR1601，用三點加重彎曲試驗法進行測定。成型性，可精確製作圖1所示的成型製品的場合為「良」，而在成型製品表面發生裂紋，無法精確製作的場合為「不良」。而且，結晶相的鑑定，用X線衍射進行調查，並用掃描型電子顯微鏡觀察有無微裂。
上述實施例1～16的溫度補償用構件任何一種均具有負的熱膨脹係數，可以容易地、低成本地成型為複雜形狀的構件。
工業上利用的可能性本發明的溫度補償用構件，適於用作以FBG為首、耦合器、波導等的光通訊器件的溫度補償用構件。
權利要求
1.一種溫度補償用構件，其特徵是，該溫度補償用構件是由通過焙燒從結晶粉末、結晶析出性玻璃粉末、以及部分結晶化玻璃粉末構成的一組中選擇的至少1種得到的燒結體構成的、且其內部含有熱膨脹係數顯示各向異性的結晶，並具有負的熱膨脹係數。
2.按照權利要求1所述的溫度補償用構件，其中，結晶粉末為從矽酸鹽、磷酸鹽、鈦酸鹽及La、Nd、V及Ta的各種氧化物構成的一組中選擇的至少1種粉末。
3.按照權利要求1所述的溫度補償用構件，其中，結晶粉末為用固相法製成的β-鋰霞石結晶粉末。
4.按照權利要求1所述的溫度補償用構件，其特徵在於，粉末的平均粒徑為50μm以下。
5.按照權利要求1所述的溫度補償用構件，其中，熱膨脹係數在-40～100℃的溫度範圍內為-10～-120×10-7/℃。
6.按照權利要求1所述的溫度補償用構件，其中，該溫度補償用構件是由通過把結晶粉末，和結晶析出性玻璃粉末及部分結晶化玻璃粉末中的至少一種加以混合，並進行焙燒而得到的燒結體構成的，其內部含有熱膨脹係數顯示各向異性的結晶，並具有負的熱膨脹係數。
7.一種溫度補償用構件，其特徵是，該溫度補償用構件是將從結晶粉末、結晶析出性玻璃粉末，以及部分結晶化玻璃粉末的一組中選擇至少1種粉末，和從非晶質玻璃粉末、溶膠-凝膠法製成的玻璃粉末、溶膠及凝膠構成的一組中選擇的至少1種添加劑加以混合，通過焙燒得到的燒結體構成的，且其內部含有熱膨脹係數顯示各向異性的結晶，並具有負的熱膨脹係數。
8.一種光通訊器件，其特徵是，該通訊器件是使用溫度補償用構件構成的，而該溫度補償用構件是由通過焙燒從結晶粉末、結晶析出性玻璃粉末以及結晶化玻璃粉末構成的一組中選擇的至少1種得到的燒結體構成的，且其內部含有熱膨脹係數顯示各向異性的結晶，並具有負的熱膨脹係數。
9.按照權利要求8所述的光通訊器件，其中，該通訊器件是使用溫度補償用構件構成的，而該溫度補償用構件是由使從結晶粉末，和結晶析出性玻璃粉末及部分結晶化玻璃粉末構成的一組中選出的至少一種進行混合，並通過焙燒得到的燒結體構成的，且其內部含有熱膨脹係數顯示各向異性的結晶，並具有負的熱膨脹係數。
10.一種光通訊器件，其特徵是，該通訊器件是使用溫度補償用構件構成的，而該溫度補償用構件是由使從結晶粉末、結晶析出性玻璃粉末以及部分結晶化玻璃粉末構成的一組中選擇的至少1種粉末，和從非晶質玻璃粉末、溶膠－凝膠法製成的玻璃粉末、溶膠及凝膠構成的一組中選擇的至少1種添加劑加以混合，並通過焙燒得到的燒結體構成的，且其內部含有熱膨脹係數顯示各向異性的結晶，並具有負的熱膨脹係數。
全文摘要
從結晶粉末、結晶析出性玻璃粉末以及部分結晶化玻璃粉末構成的一組中至少選擇1種或2種以上,通過焙燒得到的燒結體而構成的,具有負的熱膨脹係數,內部含有熱膨脹係數顯示各向異性的結晶。
文檔編號C04B35/00GK1341085SQ00804214
公開日2002年3月20日 申請日期2000年2月9日 優先權日1999年2月24日
發明者俁野高宏, 坂本明彥 申請人:日本電氣硝子株式會社