CN101545133A - 一种稀土铁氧体磁光晶体生长方法 - Google Patents

一种稀土铁氧体磁光晶体生长方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101545133A
CN101545133A CN200910048392A CN200910048392A CN101545133A CN 101545133 A CN101545133 A CN 101545133A CN 200910048392 A CN200910048392 A CN 200910048392A CN 200910048392 A CN200910048392 A CN 200910048392A CN 101545133 A CN101545133 A CN 101545133A
Authority
CN
China
Prior art keywords
crucible
crystal
growth
rare
magneto
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.)
Granted
Application number
CN200910048392A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101545133B (zh
Inventor
申慧
徐家跃
武安华
金敏
张红玲
王红
李新华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Technology
Original Assignee
Shanghai Institute of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Technology filed Critical Shanghai Institute of Technology
Priority to CN2009100483928A priority Critical patent/CN101545133B/zh
Publication of CN101545133A publication Critical patent/CN101545133A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101545133B publication Critical patent/CN101545133B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种稀土铁氧体磁光材料RFeO3晶体(R为Y、Gd、Tm、Nd、Sm、Eu、Ho、Yb等稀土元素)的生长方法，属于单晶生长领域。即R2O3和Fe2O3形成的初烧料与PbO+PbF2+B2O3复合助熔剂混合均匀后，放入铂金坩埚内气密后，将坩埚置于下降炉内，升温熔化原料，通过控制炉温、调节坩埚底部的气流量或水流量、优化固液界面温度梯度和生长速度等参数，实现不同化学组成的该系列稀土磁光晶体的生长。本发明通过助熔剂降低了晶体生长温度，同时坩埚底部通气或通水造成局部过冷并快速成核，从而生长出大尺寸的RFeO3单晶。同时具有设备简单、一炉多产、成本低有利于实现晶体的批量生产等。

Description

一种稀土铁氧体磁光晶体生长方法
技术领域
本发明涉及一种制备稀土铁氧体磁光晶体RFeO3的新方法，具体而言，就是采用坩埚下降法从高温溶液中生长RFeO3晶体，并通过在坩埚底部通气或通水实现诱导成核生长，属于单晶生长领域。
背景技术
磁光晶体是一类重要的光功能材料，利用其磁光效应可以制作光调制、光隔离、光开关、光偏转、光信息处理、光存储以及其他光电磁转换功能的磁光器件，是目前光通讯、光网络以及信息处理等系统急需的战略高技术材料。
目前市场应用的磁光器件主要采用石榴石结构的Y3Fe5O12(YIG)晶体。由于传统磁光晶体YIG的法拉第旋转角较小，饱和磁化强度较高，难以满足新型磁光器件的高性能、小型化要求。
近年来，正交钙钛矿结构YFeO3晶体引起人们的关注。YFeO3在近红外波段有很高的磁光优值；饱和磁化强度低；居里温度均高达600K以上。更引人注目的是，YFeO3磁畴宽度比YIG要宽很多，因此畴壁运动范围大，并且其畴壁运动速度是磁性介质中最快的，可达20km/s。基于上述特性，YFeO3在快速磁光开关，磁光传感器，光点位置测定等应用方面显示了突出的优势，成为一种具有很好应用前景的光信息功能材料。此外，通过不同稀土离子替换Y3+，能形成一系列新型磁光材料RFeO3，满足器件对材料的不同要求，其中R可以是Y、Gd、Tm、Nd、Sm、Eu、Ho、Yb、La、Pr、Tb、Dy、Er、Lu等稀土元素之一种，或它们混合而成的固溶体晶体。
研究表明，RFeO3系列晶体基本上都是一致熔融化合物，原则上可以采用提拉法、下降法等传统方法生长。但由于这些熔体特殊的浸润行为和析晶特性，提拉法很难成功生长这类晶体。此外，这类晶体的熔点都在1700℃以上，其成分中有较高的Fe含量，很难找到合适的坩埚材料。因此，生长大尺寸、高质量RFeO3单晶十分困难。人们还尝试过其它方法，如液相外延法、助熔剂法、水热法等，均未能彻底解决RFeO3晶体的生长问题。目前，主要采用助熔剂法生长RFeO3晶体，使用最多的是PbO-PbF2基复合助熔剂。虽然助熔剂法可以降低生长温度，改变晶体的析晶特性，但传统助熔剂法生长的晶体尺寸比较小、完整性不高、产率低。水热法生长的晶体质量不高，并且溶剂离子容易进入晶体成为杂质离子，影响晶体的光学性能。目前，光学浮区生长法是生长RFeO3单晶较为有效的生长方法，但浮区法生长的晶体直径都比较小，所得晶体一般为直径10mm以下的棒状晶。
基于此，本发明提出一种在坩埚下降法生长炉内从高温溶液中生长RFeO3晶体的新方法。通气诱导成核坩埚下降法不仅能够显著降低生长温度，而且具有操作简单、一炉多产等优点，更为重要的是，通过在坩埚底部通气或者通水来实现诱导成核生长，从而控制了自发成核的数目，获得较大尺寸、较高质量的RFeO3晶体。
发明内容
本发明的目的在于针对稀土铁氧体磁光晶体RFeO3现有生长方法存在的问题，提出一种诱导成核生长稀土铁氧体磁光晶体RFeO3单晶的生长技术。
本发明的技术方案
将高纯原料R2O3、Fe2O3按化学计量比1：1～5配料，与一定比例的助熔剂混合均匀后，放入铂金坩埚内。将坩埚置于下降炉内并调整到一定位置，升温熔化原料，通过控制炉温、调节坩埚底部的气流量或水流量、优化固液界面温度梯度和生长速度等工艺参数，实现不同化学组成的该系列稀土磁光晶体生长。
本发明的稀土铁氧体磁光晶体生长方法，具体包括如下步骤：
(1)、原料配制：按摩尔比为1：1～5称量R2O3和Fe2O3，将其混合均匀，在1000～1100℃进行预烧，形成初烧料；按PbO：PbF2：B2O3摩尔比为10：5～7：1配制复合助熔剂；初烧料(R2O3+Fe2O3)与复合助熔剂按摩尔百分含量按15％-35％配制初始原料，然后研磨、混合均匀，在压机上压成略小于坩埚直径的料块；
其中所述的R2O3中的R可为Y、Gd、Tm、Nd、Sm、Eu、Ho、Yb等稀土元素之一，或是它们几种混合的固溶体。
(2)、气密封存：将步骤(1)所得的合成料块放入铂金坩埚中，坩埚经点焊气密；
所用的铂金坩埚可以为圆柱形、长方柱形或其他多边形。
(3)、晶体生长：将气密的铂金坩埚放入具有通气或通水系统的保温陶瓷管内，然后整体转移到下降法生长炉内，炉温设定在1270～1350℃之间，并根据固液界面温度调整坩埚在炉膛的高度位置，生长界面处温度梯度维持在40～100℃/cm，使原料熔化，然后在坩埚底部通入氧气或空气，气体流量在1～4L/min，或通循环水冷却，水流量在1～2L/min，启动下降机构使坩埚以0.5～1.5mm/h的速率下降，开始晶体生长；坩埚下降炉内可同时安放多只坩埚，实现一炉同时生长多根晶体。
(4)、晶体分离：生长结束后，从坩埚中取出晶锭，在HNO3：H2O的体积比为1：3的热硝酸溶液中腐蚀24h，使所生长的晶体与助熔剂包裹体分离，从而得到RFeO3晶体。
本发明的效果：
与RFeO3单晶的其他生长方法相比，本发明具有如下优点：将助熔剂法和坩埚下降法相结合，助熔剂使晶体生长温度明显降低；坩埚封闭，可有效控制组分挥发，同时坩埚底部通入气流或者循环水能造成局部过冷，快速形成晶核，并作为籽晶，有利于生长出大尺寸的RFeO3单晶。一炉可同时放入多个坩埚，生长多根RFeO3单晶，生产成本低，有利于实现批量生产，且所用设备简单，操作方便。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行阐述，但不限制本发明。
实施例1：
按摩尔比为1：1称量Y2O3和Fe2O3，混合均匀，在1000℃进行预烧，形成初烧料；复合助熔剂按PbO、PbF2和B2O3摩尔比为10：5：1配制；按初烧料(Y2O3+Fe2O3)与复合助熔剂摩尔百分比15％：85％配制初始原料。将初始原料研磨混合均匀，在压机上压成直径为49mm，高度为30mm的料块，然后置于直径为50mm的圆柱形铂金坩埚中，坩埚气密，放入坩埚下降炉内，炉温控制在1280℃，生长界面处温度梯度维持在70℃/cm，待原料完全熔化后，坩埚底部通入气体，气体流量为3L/min，以0.5mm/h的速度下降坩埚。待生长结束后，将晶锭从坩埚中剥离出来，放入热硝酸溶液中腐蚀24h，得到不规则的YFeO3晶体，经定向可加工成所需样品。
实施例2：
按摩尔比为1：1称量Er2O3和Fe2O3，混合均匀，在1000℃进行预烧，形成初烧料；复合助熔剂PbO、PbF2和B2O3摩尔配比为10：6：1配制；按初烧料(Er2O3+Fe2O3)与复合助熔剂摩尔比为1：4(20％：80％)配制初始原料。将初始原料研磨混合均匀，在压机上压成直径为59mm，高度为30mm的料块，然后置于直径为60mm的圆柱形铂金坩埚中，坩埚气密，放入坩埚下降炉内，炉温控制在1300℃，生长界面处温度梯度维持在50℃/cm，待原料完全熔化后，坩埚底部通入气体，气体流量为2L/min，以1mm/h的速度下降坩埚。待生长结束后，将晶锭从坩埚中剥离出来，放入硝酸溶液中热腐蚀24h，可得到ErFeO3晶体。
实施例3：
按摩尔比为1：1称量La2O3和Fe2O3，混合均匀，在1100℃进行预烧，形成初烧料；复合助熔剂PbO、PbF2和B2O3摩尔配比为10：7：1配制；初烧料(La2O3+Fe2O3)与复合助熔剂按摩尔比1：3(25％：75％)配制初始原料。将初始原料研磨混合均匀，在压机上压成截面为39mm×39mm的料块，然后置于截面为40mm×40mm的方柱形铂金坩埚中，坩埚气密，放入坩埚下降炉内，炉温控制在1350℃，生长界面处温度梯度维持在60℃/cm，待原料完全熔化后，坩埚底部通入循环水，水流量为2L/min，以1.5mm/h的速度下降坩埚。待生长结束后，将晶锭从坩埚中剥离出来，放入热硝酸溶液中腐蚀24h，可得到LaFeO3晶体。
实施例4：
按摩尔比为0.5：0.5：1称量Y2O3、Gd2O3和Fe2O3，混合均匀，在1050℃进行预烧，形成初烧料；复合助熔剂PbO、PbF2和B2O3摩尔配比为10：6：1配制；初烧料(Y2O3+Gd2O3+Fe2O3)与复合助熔剂按摩尔比1：3(25％：75％)配制初始原料。将初始原料研磨混合均匀，在压机上压成直径为49mm，高度为30mm的料块，然后置于直径为50mm的圆柱形铂金坩埚中，坩埚气密，放入坩埚下降炉内，炉温控制在1350℃，生长界面处温度梯度维持在70℃/cm，待原料完全熔化后，坩埚底部通入循环水以形成局部急冷区，水流量为1.5L/min，以1mm/h的速度下降坩埚。待生长结束后，将晶锭从坩埚中剥离出来，放入硝酸溶液中热腐蚀24h，可得到Y0.5Gd0.5FeO3混合晶体。
实施例5：
按摩尔比为1：1.5称量Eu2O3和Fe2O3，混合均匀，在1100℃进行预烧，形成初烧料；复合助熔剂PbO、PbF2和B2O3摩尔配比为10：5：1配制；初烧料(Eu2O3+Fe2O3)与复合助熔剂按摩尔比1：3(25％：75％)配制初始原料。将初始原料研磨混合均匀，在压机上压成直径为73mm，高度为35mm的料块，然后置于直径为75mm的圆柱形铂金坩埚中，坩埚气密。按相同配料和相同工艺同时准备4只坩埚，装好原料后置于4工位坩埚下降炉内，炉温控制在1330℃，待原料完全熔化后，坩埚底部通入气体，气体流量为3L/min，以0.85mm/h的速度下降坩埚。待生长结束后，将晶锭从坩埚中取出，放入硝酸溶液中热腐蚀24h，可得到EuFeO3晶体。

Claims (3)

1、一种稀土铁氧体RFeO3磁光晶体生长方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)、原料配制：按摩尔比为1：(1～5)称量R2O3和Fe2O3，将其混合均匀，在1000～1100℃进行预烧，形成初烧料；
按PbO：PbF2：B2O3摩尔比为10：5～7：1配制复合助熔剂；初烧料(R2O3+Fe2O3)占总投料量的15～35mol％；将配制好的初始原料研磨、混合均匀，在压机上压成略小于坩埚直径的料块；
其中所述的R2O3中的R可为Y、Gd、Tm、Nd、Sm、
Eu、Ho、Yb等稀土元素之一，或是它们几种混合的固溶体；
(2)、气密封存：将步骤(1)所得的合成料块放入铂金坩埚中，坩埚经点焊气密；
(3)、晶体生长：将气密的铂金坩埚放入具有通气或通水系统的保温陶瓷管内，然后整体转移到下降法生长炉内，炉温设定在1270～1350℃之间，并根据固液界面温度调整坩埚在炉膛的高度位置，生长界面处温度梯度维持在40～100℃/cm，使原料熔化，然后在坩埚底部通入氧气或空气，气体流量在1～4L/min，或通循环水冷却，水流量在1～2L/min，启动下降机构使坩埚以0.5～1.5mm/h的速率下降，开始晶体生长；
(4)、晶体分离：生长结束后，从坩埚中取出晶锭，在HNO3：H2O的体积比为1：3的热硝酸溶液中腐蚀24h，使所生长的晶体与助熔剂包裹体分离，从而得到RFeO3晶体。
2、如权利要求1所述的一种稀土铁氧体RFeO3磁光晶体生长方法，其特征在于制备步骤(2)所用的铂金坩埚可以为圆柱形、长方柱形或其他多边形柱体。
3、如权利要求1所述的一种稀土铁氧体RFeO3磁光晶体生长方法，其特征在于制备步骤(3)所用的坩埚下降炉内可设置多个等效工位，同时放置多个坩埚。
CN2009100483928A 2009-03-27 2009-03-27 一种稀土铁氧体磁光晶体生长方法 Expired - Fee Related CN101545133B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009100483928A CN101545133B (zh) 2009-03-27 2009-03-27 一种稀土铁氧体磁光晶体生长方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009100483928A CN101545133B (zh) 2009-03-27 2009-03-27 一种稀土铁氧体磁光晶体生长方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101545133A true CN101545133A (zh) 2009-09-30
CN101545133B CN101545133B (zh) 2011-06-29

Family

ID=41192500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009100483928A Expired - Fee Related CN101545133B (zh) 2009-03-27 2009-03-27 一种稀土铁氧体磁光晶体生长方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101545133B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102011187A (zh) * 2010-12-28 2011-04-13 上海应用技术学院 硅锗酸铋混晶及其制备方法
CN102011188A (zh) * 2010-12-08 2011-04-13 上海大学 二次熔融法生长稀土正铁氧体光磁功能晶体的方法
CN105648531A (zh) * 2014-12-03 2016-06-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种磁光晶体材料及其制备方法
CN105671636A (zh) * 2014-11-18 2016-06-15 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种大尺寸稀土正铁氧体单晶的制备方法
CN114318535A (zh) * 2021-12-29 2022-04-12 上海应用技术大学 一种快速生长钇铁石榴石晶体的方法
CN114988482A (zh) * 2022-07-11 2022-09-02 中汽创智科技有限公司 一种钙钛矿型固体电解质及其制备方法和应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100336944C (zh) * 2004-04-02 2007-09-12 中国科学院上海硅酸盐研究所 弛豫铁电单晶铌锌酸铅－钛酸铅的两步法生长方法
CN101255602A (zh) * 2007-12-03 2008-09-03 中国科学院上海硅酸盐研究所 磁光稀土铁酸盐晶体无坩埚生长方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102011188A (zh) * 2010-12-08 2011-04-13 上海大学 二次熔融法生长稀土正铁氧体光磁功能晶体的方法
CN102011187A (zh) * 2010-12-28 2011-04-13 上海应用技术学院 硅锗酸铋混晶及其制备方法
CN102011187B (zh) * 2010-12-28 2012-11-21 上海应用技术学院 硅锗酸铋混晶及其制备方法
CN105671636A (zh) * 2014-11-18 2016-06-15 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种大尺寸稀土正铁氧体单晶的制备方法
CN105671636B (zh) * 2014-11-18 2018-05-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种大尺寸稀土正铁氧体单晶的制备方法
CN105648531A (zh) * 2014-12-03 2016-06-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种磁光晶体材料及其制备方法
CN105648531B (zh) * 2014-12-03 2018-10-30 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种磁光晶体材料及其制备方法
CN114318535A (zh) * 2021-12-29 2022-04-12 上海应用技术大学 一种快速生长钇铁石榴石晶体的方法
CN114988482A (zh) * 2022-07-11 2022-09-02 中汽创智科技有限公司 一种钙钛矿型固体电解质及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN101545133B (zh) 2011-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101545133B (zh) 一种稀土铁氧体磁光晶体生长方法
CN102011188B (zh) 二次熔融法生长稀土正铁氧体光磁功能晶体的方法
CN103849933B (zh) 一种生长三价铈离子掺杂硅酸钇镥闪烁晶体的方法
CN101580961A (zh) 还原性气氛泡生法生长晶体的方法
CN101649486A (zh) 提拉法生长铽镓石榴石(tgg)晶体的装置及其方法
CN101255602A (zh) 磁光稀土铁酸盐晶体无坩埚生长方法
CN104962994A (zh) 导模法生长特定尺寸稀土掺杂含镓石榴石系列晶体的方法
CN103710755A (zh) 稀土共掺激活的钇铝钪石榴石发光材料及其熔体法晶体生长方法
CN110904506A (zh) 一种稀土置换钇铁石榴石晶体的制备方法
CN107245759A (zh) 一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法
CN102560668B (zh) 一种具有锆英石结构钒酸盐复合激光晶体的制备方法
CN102560666B (zh) 一种石榴石结构复合激光晶体的制备方法
CN103993348B (zh) 稀土正铁氧体单晶的生长方法及应用
Linares Growth of Single‐Crystal Garnets by a Modified Pulling Technique
CN103834998A (zh) 一种磷灰石型硅酸铽磁光晶体及其制备方法
CN108560053A (zh) 一种镧、镝、铈共掺的硅酸钇镥闪烁材料及其晶体生长方法
CN101871126B (zh) 镓酸钆晶体及其生长方法
CN106149056A (zh) 一种稀土碱土硼酸盐及制备方法和用途
CN103866388B (zh) 一种立方相萤石型铌酸铽钙磁光晶体及其制备方法
CN1982511A (zh) 一种硼铝酸盐激光晶体及其制备方法和用途
CN110629286A (zh) 一种掺杂钒酸镝磁光晶体、生长方法及其应用
CN110184648A (zh) 制备稀土掺杂钨酸钇钠晶体用于定量校准物质的方法
CN105951176A (zh) 一种稀土倍半氧化物激光晶体的助熔剂提拉生长方法
US20220251445A1 (en) Device and Method for Synthesis of Gallium-containing Garnet-structured Scintillator Polycrystalline Material
CN113930842A (zh) 一种铈掺杂硼酸镥锂晶体的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110629

Termination date: 20140327