CN103806100A - 一种五氧化三钛多晶的垂直温梯法生长方法 - Google Patents
一种五氧化三钛多晶的垂直温梯法生长方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103806100A CN103806100A CN201410047960.3A CN201410047960A CN103806100A CN 103806100 A CN103806100 A CN 103806100A CN 201410047960 A CN201410047960 A CN 201410047960A CN 103806100 A CN103806100 A CN 103806100A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- crucible
- crystal
- growth
- furnace
- 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
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明提供了一种生长五氧化三钛(Ti3O5)多晶的垂直温梯法生长方法,将TiO2和Ti按Ti3O5化学组成配料,混合均匀、压块,装入坩埚中,坩埚转移至垂直温梯炉内,对整个系统升温并抽真空至10-3-10-4Pa,当炉温达到1400-1700℃时充入惰性保护气体Ar气,继续升温至1800-1850℃的范围内,保温3-6小时,使原料熔化充分,再以15-30℃/小时的速率缓慢降温,得到晶体。本法生产效率高,成本低,适合大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶体的垂直温梯法生长方法,采用垂直温梯法生长五氧化三钛多晶,属于晶体生长领域。五氧化三钛多晶主要用于镀制光学薄膜。
背景技术
五氧化三钛(Ti3O5)晶体属于斜方晶系,密度~4.60g/cm3,熔点~1760℃。Ti3O5是钛的低价系列氧化物中相对稳定的化合物,具有类金属特性,在常温下具有很高的导电性,与贵金属电极材料相比,它价格低廉、耐酸碱腐蚀性强,因此可以用作电极材料来替代贵金属。目前,Ti3O5主要作为二氧化钛(TiO2)涂层的蒸镀靶材广泛应用在光电子器件的制造中,如显示技术、成像技术、光输出和光集成的器件等。TiO2膜层在可见光和近红外光谱范围内具有很高的折射率、良好的稳定性和牢固性。前期,人们主要用TiO2膜料来蒸镀TiO2涂层,但TiO2膜料在加热和预熔的过程中会释放大量的氧气,即使进行充分的预热,溅射还是不可避免的,并且很难得到膜厚均一、折射率稳定的膜层。随着研究的深入,人们发现TiO2膜料预熔后其化学组成约为Ti3O5,从而会导致大量氧气的放出;并且,如果TiO2膜料预熔的不充分,其熔化物成分的不一致性则会导致很难得到稳定光学特征的膜层。而如果用Ti3O5作为蒸镀材料则可以避免TiO2膜料的缺点,降低放气量,避免溅射,得到膜厚均一、折射率稳定的高性能膜层。现在,Ti3O5膜料已逐步的取代TiO2膜料而在高折射率膜料中占据主要的地位。
目前,用于制备TiO2涂层的Ti3O5膜料大部分是多晶陶瓷。多晶陶瓷Ti3O5虽然制备容易,成本低廉,但在制备过程中容易引入杂质,形成大量气孔,并且难以保证成分和结构的均匀性,而这些因素对制备高质量的TiO2薄膜起着决定性的作用。因此,为了满足光、电应用对高质量Ti3O5材料的需求,Ti3O5晶体的制备也就成了当务之急。相比较于多晶陶瓷,Ti3O5晶体结晶性更好,密度更大;此外,生长过程中利用晶体自身排杂的特性,还可以提高材料的纯度。Ti3O5晶体作为一种广泛应用的高折射率膜料,但关于Ti3O5晶体制备的研究报道则几乎没有,因此,非常需要一种能够以较低成本生长Ti3O5晶体的方法,以便有利地进行工业化生产。
上海晶生实业有限公司曾经采用坩埚下降法制备Ti3O5晶体,专利号为200710173604.6。坩埚下降法又称布里奇曼法,将用于晶体生长的原料装于坩埚中,籽晶放于坩埚下部的籽晶槽中,然后将坩埚下降炉升温至合适的温度,待原料完全熔化,接种成功后,缓慢的下降坩埚,使之缓慢的经过梯度区,从而生长出晶体。坩埚下降法的固液界面是不动的,固液界面处的温度梯度较小,因而晶体生长速度缓慢,适合生长容易开裂的晶体。
采用坩埚下降法制备的Ti3O5晶体虽能满足光学镀膜的要求,但此方法也存在明显不足:1)生长速度缓慢,效率低。晶体生长速率只有0.1-5.0mm/小时,生长一根长度在180毫米的晶体,坩埚下降法所需时间最快也要36小时;2)晶体加工困难,成品率低。光学镀膜材料要求的晶体尺寸多为1.0-3.0毫米,将结晶良好的Ti3O5单晶粉粹为1.0-3.0毫米晶体颗粒,成品率只有55%左右。3)加工时更易引入杂质。
本发明解决的技术问题在于有效客服了Ti3O5晶体材料生长缓慢、加工困难、成品率低、易引入杂质 等问题,提供了一种生长Ti3O5多晶的新方法,既大幅度提高了Ti3O5晶体材料的生产效率,降低Ti3O5晶体材料的生产成本,又能完全满足镀膜材料的要求。
本发明采用垂直温梯法生长Ti3O5多晶。垂直温梯法是从熔体的底部开始结晶,固液界面自下而上逐步移动的一种晶体生长方法。本方法采用的加热器为石墨加热器,通过调节加热器不同部位的电阻及电极和托座的散热,在纵向创造一个大的温度梯度,从而提升晶体的生长速度,大的纵向温度梯度也有利于Ti3O5晶体的定向生长和结晶质量。实验证明,采用垂直温梯法生长Ti3O5多晶,生长结束后,轻轻敲动得到的晶锭,即大多破碎为1.0-9.0毫米结晶良好的晶体颗粒,进而加工成1.0-3.0毫米晶体颗粒,加工简单,成品率提高,成品率可以达到75%以上;生产效率大为提高:生长高度在180毫米的Ti3O5多晶锭,所需时间只有10小时左右。经过镀膜测试,垂直温梯法生长Ti3O5多晶能够很好的满足镀膜材料的要求。
本发明通过以下技术途径实现:
一种生长五氧化三钛(Ti3O5)多晶的垂直温梯法生长方法,包括以下步骤:
(1)将TiO2和Ti按Ti3O5化学组成配料,优选TiO2纯度在99.9%及以上,Ti的纯度在99.9%及以上,混合均匀、压块,优选在1.0-5.0t/cm2的等静压下压制成块;
(2)将步骤(1)得到压块料装入坩埚中,坩埚转移至垂直温梯炉内,对整个系统升温并抽真空至10-3-10-4Pa,当炉温达到1400-1700℃时充入惰性保护气体Ar气,继续升温至设定温度,所述设定温度在1800-1850℃的范围内;
(3)炉温达到设定温度后,保温3-6小时,使原料熔化充分,再以15-30℃/小时的速率缓慢降温,晶体生长完毕后,取出晶体。
以下对本发明的Ti3O5晶体的垂直温梯法生长方法进行详细说明。该生长方法主要包括以下步骤:
1.原料的预处理:将TiO2(99.9%)放在马福炉中升温至500℃,恒温三个小时以去除原料中多余的水分,冷却至室温,然后和Ti(99.9%)按Ti3O5化学组成配料混合;混合粉料在研磨机上研磨以混合均匀,混合时间在根据需要在等静压机上压制成块;
2.将步骤1.得到的压块料装入钼坩埚中,钼坩埚转移至垂直温梯炉内,调整到合适的位置,整个系统密封后通电升温,先后启动机械泵、扩散泵,抽真空至10-3-10-4Pa,当炉温达到1400-1700℃时充入惰性保护气体Ar气,继续升温至设定温度,所述设定温度在1800-1850℃的范围内;
3.炉温达到设定温度后,保温3-6小时,适当的调节炉膛温度和坩埚位置,使原料熔化充分,在以15-30℃/小时的速率缓慢降温,晶体生长完毕后,将加热电源直接关掉;待炉内温度冷却至室温后,打开炉门,取出晶体。
相对于坩埚下降法生长Ti3O5单晶体,本发明了提供一种制备Ti3O5多晶体的生长方法,采用此发明方法生产Ti3O5多晶体,生产效率得到大幅度提升,有利于节省能耗、降低生产成本和实现晶体的大规模工业化生产。垂直温梯度法生产的Ti3O5晶体组分均匀,结晶性好,结晶方向一致性好,密度大,放气量小,容易破碎成镀膜专用的小颗粒,镀膜操作性好,得到的膜层密集、均匀、稳定。
具体实施方式
本发明突出的实质性特点和显著的方法进一步,可以通过下述实施例予以充分展示,但绝非限制本发明,本发明也绝非仅局限于下述实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件,或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1
将纯度为99.9%的TiO2和99.9%的Ti按Ti3O5的化学组成配料混合,混合粉料在研磨机上研磨10小时左右,混合均匀,在2t/cm2的等静压下压成圆块;然后将压块料置于圆柱形钼坩埚中。钼坩埚置于垂直温梯炉内,调整到合适的位置,整个系统密封后通电升温,先后启动机械泵、扩散泵,抽真空至10-3Pa,当炉温到达1400℃时充入99.99%的氩气,压力达到0.02MPa,继续升温至1800℃,保温3小时使原料完全熔化,以15℃/小时的速率缓慢降温,生长出Ti3O5多晶。
本次实例投入原料24公斤,生长时间为12小时,得到1.0-3.0的晶体颗粒18.7公斤,成品率为78%。根据GB/T7962.12-1987无机光学玻璃测试方法,所述Ti3O5晶体镀膜后在波长560nm(λ)下的折射率(n)为2.308。
实施例2
将纯度为99.9%的TiO2和99.9%的Ti按Ti3O5的化学组成配料混合,混合粉料在研磨机上研磨混合均匀,在3t/cm2的等静压下压成圆块;然后将压块料置于圆柱形钼坩埚中。钼坩埚置于垂直温梯下降炉内,调整到一定高度,整个系统密封后通电升温,抽真空至10-3Pa,当炉温到达1600℃时充入99.99%的氩气,压力充至0.015MPa,继续升温,将炉温控制在1820℃,保温4小时,使原料完全熔化,以22℃/h的速率缓慢降温,生长出Ti3O5多晶。
本次实例投入原料24公斤,生长时间为10小时,得到1.0-3.0的晶体颗粒18.1公斤,成品率为75%。根据GB/T7962.12-1987无机光学玻璃测试方法,所述Ti3O5晶体镀膜后在波长560nm(λ)下的折射率(n)为2.308。
实施例3
将纯度为99.9%的TiO2和99.9%的Ti按Ti3O5的化学组成配料混合,混合粉料在研磨机上研磨混合均匀,在3t/cm2的等静压下压成圆块;然后将压块料置于圆柱形钼坩埚中。钼坩埚置于垂直温梯下降炉内,调整到一定高度,整个系统密封后通电升温,抽真空至10-3Pa,当炉温到达1700℃时充入99.99%的氩气,压力充至0.015MPa,继续升温,将炉温控制在1850℃,保温4小时,使原料完全熔化,以30℃/h的速率缓慢降温,生长出Ti3O5多晶。
本次实例投入原料24公斤,生长时间为7小时,得到1.0-3.0的晶体颗粒18.6公斤,成品率为77%。根据GB/T7962.12-1987无机光学玻璃测试方法,所述Ti3O5晶体镀膜后在波长560nm(λ)下的折射率(n)为2.307。
应该理解,在阅读了本发明的上述讲授内容之后,本领域方法人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (3)
1.一种生长五氧化三钛(Ti3O5)多晶的垂直温梯法生长方法,包括以下步骤:
(1)将TiO2和Ti按Ti3O5化学组成配料,混合均匀、压块;
(2)将步骤(1)得到压块料装入坩埚中,坩埚转移至垂直温梯炉内,对整个系统升温并抽真空至10-3-10-4Pa,当炉温达到1400-1700℃时充入惰性保护气体Ar气,继续升温至设定温度,所述设定温度在1800-1850℃的范围内;
(3)炉温达到设定温度后,保温3-6小时,使原料熔化充分,再以15-30℃/小时的速率缓慢降温,晶体生长完毕后,取出晶体。
2.根据权利要求1所述的生长方法,其特征在于,所述坩埚的形状为圆柱形,所述坩埚是选自钼、钨或钨钼合金的耐高温材料。
3.根据权利要求1所述的的生长方法,其特征在于,所述原料TiO2纯度在99.9%及以上,Ti的纯度在99.9%及以上。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410047960.3A CN103806100B (zh) | 2014-02-12 | 2014-02-12 | 一种五氧化三钛多晶的垂直温梯法生长方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410047960.3A CN103806100B (zh) | 2014-02-12 | 2014-02-12 | 一种五氧化三钛多晶的垂直温梯法生长方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103806100A true CN103806100A (zh) | 2014-05-21 |
CN103806100B CN103806100B (zh) | 2016-05-04 |
Family
ID=50703465
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410047960.3A Active CN103806100B (zh) | 2014-02-12 | 2014-02-12 | 一种五氧化三钛多晶的垂直温梯法生长方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103806100B (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104973622A (zh) * | 2015-02-12 | 2015-10-14 | 四川大学 | 一种光致相变存储粉体材料λ-Ti3O5的制备方法 |
CN105506737A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-04-20 | 常州瞻驰光电科技有限公司 | 一种非化学计量比氧化铌多晶镀膜材料及其生长技术 |
CN105887182A (zh) * | 2014-12-15 | 2016-08-24 | 盱眙新远光学科技有限公司 | 一种五氧化三钛晶体的制作工艺 |
CN113213915A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-08-06 | 有研资源环境技术研究院(北京)有限公司 | 一种低温五氧化三钛晶体镀膜材料的制备方法 |
CN114197041A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-18 | 苏州科睿浦光电科技有限公司 | 一种五氧化三钛多晶料的制备方法及五氧化三钛多晶料 |
CN115057699A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-16 | 江苏瞳芯光学科技有限公司 | 低应力高折射率薄膜、材料及制备方法 |
CN115142137A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-10-04 | 常州瞻驰光电科技股份有限公司 | 一种新型光学镀膜材料及其制备方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101280456A (zh) * | 2007-12-28 | 2008-10-08 | 上海晶生实业有限公司 | 五氧化三钛晶体的坩埚下降法生长方法 |
CN101333003A (zh) * | 2008-08-01 | 2008-12-31 | 上海特旺光电材料有限公司 | 五氧化三钛镀膜材料的制备方法 |
-
2014
- 2014-02-12 CN CN201410047960.3A patent/CN103806100B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101280456A (zh) * | 2007-12-28 | 2008-10-08 | 上海晶生实业有限公司 | 五氧化三钛晶体的坩埚下降法生长方法 |
CN101333003A (zh) * | 2008-08-01 | 2008-12-31 | 上海特旺光电材料有限公司 | 五氧化三钛镀膜材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
刘刚,等: "λ-Ti3O5粉体的制备及其光存储性能的研究", 《无机材料学报》 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105887182A (zh) * | 2014-12-15 | 2016-08-24 | 盱眙新远光学科技有限公司 | 一种五氧化三钛晶体的制作工艺 |
CN104973622A (zh) * | 2015-02-12 | 2015-10-14 | 四川大学 | 一种光致相变存储粉体材料λ-Ti3O5的制备方法 |
CN105506737A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-04-20 | 常州瞻驰光电科技有限公司 | 一种非化学计量比氧化铌多晶镀膜材料及其生长技术 |
CN105506737B (zh) * | 2015-12-28 | 2018-02-09 | 常州瞻驰光电科技有限公司 | 一种非化学计量比氧化铌多晶镀膜材料及其生长技术 |
CN113213915A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-08-06 | 有研资源环境技术研究院(北京)有限公司 | 一种低温五氧化三钛晶体镀膜材料的制备方法 |
CN114197041A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-18 | 苏州科睿浦光电科技有限公司 | 一种五氧化三钛多晶料的制备方法及五氧化三钛多晶料 |
CN115142137A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-10-04 | 常州瞻驰光电科技股份有限公司 | 一种新型光学镀膜材料及其制备方法 |
CN115142137B (zh) * | 2021-12-14 | 2024-02-13 | 常州瞻驰光电科技股份有限公司 | 一种新型光学镀膜材料及其制备方法 |
CN115057699A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-16 | 江苏瞳芯光学科技有限公司 | 低应力高折射率薄膜、材料及制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103806100B (zh) | 2016-05-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103806100B (zh) | 一种五氧化三钛多晶的垂直温梯法生长方法 | |
CN101280456B (zh) | 五氧化三钛晶体的坩埚下降法生长方法 | |
CN101580963B (zh) | 300mm以上蓝宝石单晶的冷心放肩微量提拉制备法 | |
CN100436659C (zh) | 蓝宝石晶体多坩埚熔体生长技术 | |
CN102758249B (zh) | 一种无色刚玉单晶的制备方法 | |
CN1724722A (zh) | 大尺寸蓝宝石单晶的冷心放肩微量提拉制备法 | |
CN100513652C (zh) | 降埚直拉法生长低位错锗单晶工艺及装置 | |
CN102168307B (zh) | 铈钇铝石榴石晶体生长方法 | |
CN101580961A (zh) | 还原性气氛泡生法生长晶体的方法 | |
CN104313693B (zh) | 掺杂钇铝石榴石激光晶体的生长装置、晶体生长炉及制备方法 | |
CN108203844B (zh) | 钽酸镁系列晶体及其制备方法 | |
CN104451564B (zh) | 一种制备硅质靶材的方法 | |
CN103911662A (zh) | 硅酸镓镧压电晶体的制造方法及其制品 | |
CN103614765A (zh) | 石墨加热生长蓝宝石晶体的方法 | |
CN106498488A (zh) | 同时生长多种掺杂CaF2晶体的装置及基于该装置的制备方法 | |
CN100572617C (zh) | 钛酸镧单晶的生长技术 | |
CN102260914A (zh) | 一种大尺寸lgs晶体的生长方法 | |
CN103205799A (zh) | 一种生长c向白宝石单晶体的方法 | |
CN104389021A (zh) | 非化学计量比钛酸镧多晶镀膜材料及其生长技术 | |
CN108866627A (zh) | 一种钕铒共掺gyag激光晶体及其制备方法 | |
CN100567595C (zh) | 一种铝酸镧晶体的生长方法 | |
CN110318097A (zh) | 一种铌酸镓镧单晶的制备方法 | |
CN106007385A (zh) | 表面析晶微晶玻璃的制备方法 | |
CN105986316A (zh) | 一种氧化钽多晶镀膜材料及其生长方法 | |
CN102689928B (zh) | 一种近化学计量比钽酸锂晶体的制备方法 |
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 | ||
C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 213000 Jiangsu province Changzhou Tenglong Economic Development Zone Wujin Road No. 2 Patentee after: Changzhou forward photoelectric Polytron Technologies Inc Address before: 213000 Jiangsu city in Changzhou Province Economic Development Zone Wujin Teng Long Road No. 2 Patentee before: CHANGZHOU ZHAN CHI PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO., LTD. |