CN102534774A - 一种氟化镁钡单晶的生长方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氟化镁钡单晶的生长方法，所述生长方法包括如下步骤：首先将BaF2和MgF2的混合粉体或BaMgF4粉体进行氟化处理；然后将氟化处理后的粉体和籽晶放入铂坩埚中，气密坩埚；再将铂坩埚置入单晶炉中，采用坩埚下降法生长氟化镁钡单晶。本发明所述的氟化镁钡单晶的生长方法具有如下优点：温场稳定，生长过程中无需通入CF4气体；生长的BaMgF4单晶完整性好，无宏观及微观缺陷；成品率高，晶体尺寸和外形容易控制；晶体不易开裂；另外，该方法工艺设备简单，操作方便，能耗明显降低，有利于实现工业化生产。

Description

一种氟化镁钡单晶的生长方法
技术领域
本发明涉及一种氟化镁钡单晶的生长方法，具体说，是涉及一种采用坩埚下降法生长氟化镁钡单晶的方法，属于单晶生长技术领域。
背景技术
BaMgF4是一种晶格常数为a＝0.58nm，b＝1.451nm，c＝0.413nm的正棱形晶体。它属于正交晶系，空间群为Cmc21。因其良好的压电性能和铁电性能，上世纪六七十年代即受到中外学者的关注。BaMgF4晶体的短波透明波长可以达到150nm，其中BaMgF4在室温下矫顽场大约为20kV/cm，自发极化强度大约为8μC/cm2，预计它的有效非线性系数和石英晶体相当，为0.3～0.4pm/V。
迄今为止，BaMgF4单晶的生长，国内外均采用提拉法。该生长方法的基本特征是在提拉法单晶炉内，通过高频或电阻加热，熔化在铂坩埚内的BaMgF4原料，通入CF4气体再经过下种、缩颈、旋转提拉等操作，生长出一定方向和一定尺寸的BaMgF4单晶。
用提拉法生长BaMgF4单晶时，存在以下问题：由于固液界面附近温度梯度较大，加上晶体本身热膨胀的各向异性，容易产生开裂；提拉法中坩埚开敞，氟化物容易挥发，因此必须通入有毒性的CF4气体；该方法单机单产，效率较低，难以实现BaMgF4单晶的工业化生产。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种氟化镁钡单晶的生长方法，以实现BaMgF4单晶的工业化生产。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种氟化镁钡单晶的生长方法，包括如下步骤：
a)将BaF2和MgF2的混合粉体或BaMgF4粉体进行氟化处理；
b)将氟化处理后的粉体和籽晶放入铂坩埚中，气密坩埚；
c)将铂坩埚置入单晶炉中，采用坩埚下降法生长氟化镁钡单晶。
所述粉体的纯度均≥99.9％。
BaF2和MgF2的混合摩尔比优选为1∶1。
所述的氟化处理是指使HF气体通过高温炉，对炉中的粉体进行高温氟化，以消除粉体在高温时可能出现的O2-离子；并使尾气通入水溶液和NaOH溶液中进行吸收处理，以避免产生环境污染。
作为进一步优选方案，所述的高温氟化是指在500～600℃氟化处理5～10小时。
所述的铂坩埚的厚度优选为0.1～0.3mm。
作为进一步优选方案，所述坩埚经气焊气密。
所述的籽晶为任意取向的CaF2单晶，优选<001>、<010>、<100>或<201>取向的CaF2单晶。
所述的籽晶为任意形状的CaF2单晶，优选圆柱形、长方柱形或多边形的CaF2单晶。
作为进一步优选方案，采用坩埚下降法生长氟化镁钡单晶时，炉温控制在900～1500℃，生长界面温梯维持在30～40℃/cm，下降速率≤3毫米/小时。
与现有技术相比，本发明所述的氟化镁钡单晶的生长方法具有如下优点：温场稳定，生长过程中无需通入CF4气体；生长的BaMgF4单晶完整性好，无宏观及微观缺陷；成品率高，晶体尺寸和外形容易控制；晶体不易开裂；另外，该方法工艺设备简单，操作方便，能耗明显降低，有利于实现工业化生产。
附图说明
图1是实施例中所述的氟化处理装置的结构示意图。
图中：1、HF高压罐；2、高温炉；3、水吸收容器；4、NaOH溶液吸收容器；5、水吸收容器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细、完整地说明。
实施例中所用的氟化处理装置的结构如图1所示，包括：HF高压罐1，高温炉2，水吸收容器3、NaOH溶液吸收容器4及水吸收容器5。所述的氟化处理是指使HF高压罐1中的HF气体通入高温炉2，对炉中的粉体进行高温氟化，以消除粉体在高温时可能出现的O2-离子；并使尾气依次通入水吸收容器3、NaOH溶液吸收容器4及水吸收容器5中进行吸收处理，以避免产生环境污染。
实施例1
将高纯原料(99.9％)BaF2和MgF2按照摩尔比为1∶1混合均匀，然后将混合粉体放入图1所示装置，在500～600℃氟化处理5小时；
将氟化处理后的粉体和<001>方向、圆柱形CaF2单晶置入壁厚为0.1mm的圆柱形铂坩埚中，然后经气焊气密坩埚；
将铂坩埚置入Bridgman单晶炉中，采用坩埚下降法技术生长氟化镁钡单晶：炉温控制在1000℃下熔化原料和晶种顶部，生长界面温梯维持在30℃/cm，下降速率为1毫米/小时，即可生长得到透明的圆柱形BaMgF4完整晶体。
实施例2
将高纯原料(99.9％)BaF2和MgF2按照摩尔比为1∶1混合均匀，然后将混合粉体放入图1所示装置，在500～600℃氟化处理6小时；
将氟化处理后的粉体和<010>方向、长方柱形CaF2单晶置入壁厚为0.2mm的长方柱形铂坩埚中，然后经气焊气密坩埚；
将铂坩埚置入Bridgman单晶炉中，采用坩埚下降法技术生长氟化镁钡单晶：炉温控制在1450℃下熔化原料和晶种顶部，生长界面温梯维持在35℃/cm，下降速率为2毫米/小时，即可生长得到透明的长方柱形BaMgF4完整晶体。
实施例3
将高纯原料(99.9％)BaF2和MgF2按照摩尔比为1∶1混合均匀，然后将混合粉体放入图1所示装置，在500～600℃氟化处理10小时；
将氟化处理后的粉体和<100>方向、圆柱形CaF2单晶置入壁厚为0.3mm的圆柱形铂坩埚中，然后经气焊气密坩埚；
将铂坩埚置入Bridgman单晶炉中，采用坩埚下降法技术生长氟化镁钡单晶：炉温控制在1350℃下熔化原料和晶种顶部，生长界面温梯维持在40℃/cm，下降速率为3毫米/小时，即可生长得到透明的圆柱形BaMgF4完整晶体。
本发明的生长方法可视生长出晶体的形状和尺寸不同，在Bridgman单晶炉内安放多只铂金坩埚，同时生长出不同形状、不同尺寸的BaMgF4单晶。
另外，上述实施例中进行氟化处理的混合粉体可直接以BaMgF4粉体进行替代处理。
最后有必要在此指出的是：以上内容只用于对本发明作进一步详细说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种氟化镁钡单晶的生长方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)将BaF2和MgF2的混合粉体或BaMgF4粉体进行氟化处理；
b)将氟化处理后的粉体和籽晶放入铂坩埚中，气密坩埚；
c)将铂坩埚置入单晶炉中，采用坩埚下降法生长氟化镁钡单晶。
2.根据权利要求1所述的氟化镁钡单晶的生长方法，其特征在于：所述粉体的纯度均≥99.9％。
3.根据权利要求1所述的氟化镁钡单晶的生长方法，其特征在于：BaF2和MgF2的混合摩尔比为1∶1。
4.根据权利要求1所述的氟化镁钡单晶的生长方法，其特征在于：所述的氟化处理是指使HF气体通过高温炉，对炉中的粉体进行高温氟化，并使尾气通入水溶液和NaOH溶液中进行吸收处理。
5.根据权利要求4所述的氟化镁钡单晶的生长方法，其特征在于：所述的高温氟化是指在500～600℃氟化处理5～10小时。
6.根据权利要求1所述的氟化镁钡单晶的生长方法，其特征在于：所述的铂坩埚的厚度为0.1～0.3mm。
7.根据权利要求1所述的氟化镁钡单晶的生长方法，其特征在于：所述坩埚经气焊气密。
8.根据权利要求1所述的氟化镁钡单晶的生长方法，其特征在于：所述的籽晶为<001>、<010>、<100>或<201>取向的CaF2单晶。
9.根据权利要求1所述的氟化镁钡单晶的生长方法，其特征在于：所述的籽晶为圆柱形、长方柱形或多边形的CaF2单晶。
10.根据权利要求1所述的氟化镁钡单晶的生长方法，其特征在于：采用坩埚下降法生长氟化镁钡单晶时，炉温控制在900～1500℃，生长界面温梯维持在30～40℃/cm，下降速率≤3毫米/小时。
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