CN104141170B - 化合物硼酸钠镉晶体的生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化合物硼酸钠镉晶体的生长方法，该方法将硼酸钠镉化合物与助溶剂B2O3-R体系或Na2B4O7混合，加热，恒温，再冷却，得到含硼酸钠镉与助溶剂的混合熔液，将装在籽晶杆上的籽晶放入制备的混合熔体中，同时旋转籽晶杆，冷却，然后缓慢降温，得到所需晶体，将晶体提离液面，降至室温，即得到化合物硼酸钠镉晶体。该方法生长速度快，成本低，可生长20mm×20mm×10mm与高光学质量的Na2Cd7B8O20晶体，通过本发明所述方法获得的晶体机械性能好，不易碎裂，不潮解，易加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种化合物硼酸钠镉(Na2Cd7B8O20)晶体的生长方法。
背景技术
近几十年来，大量的硼酸盐被广泛研究，涌现出了一大批具有优良倍频效应的非线性化合物晶体材料，如BBO、LBO、KBBF、KDP等。到现在为止碱金属镉硼酸盐很少被报导，而被报导的化合物中大多为中心结构的化合物。
CrystEngComm杂志(2013，Vol15，3412-3416)报道了Na2Cd7B8O20晶体，其分子量为1239.26，该晶体属于正交晶系，空间群为Fdd2，晶胞参数为Z＝108，但是没有长大Na2Cd7B8O20晶体，而对大部分功能晶体的应用而言，需要生长达数毫米甚至厘米级高光学质量的单晶。因此，需要一种大尺寸高光学质量的Na2Cd7B8O20单晶的生长方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种化合物硼酸钠镉晶体的生长方法，该方法将硼酸钠镉化合物与助熔剂B2O3-R体系或Na2B4O7混合，加热，恒温，再冷却，得到含硼酸钠镉与助熔剂的混合熔液，将装在籽晶杆上的籽晶放入制备的混合熔体中，同时旋转籽晶杆，冷却，然后缓慢降温，得到所需晶体，将晶体提离液面，降至室温，即得到化合物硼酸钠镉晶体。该方法生长速度快，成本低，可生长20mm×20mm×10mm与高光学质量的Na2Cd7B8O20晶体，通过本发明所述方法获得的晶体机械性能好，不易碎裂，不潮解，易加工。
本发明所述的一种硼酸钠镉晶体的生长方法，按下列步骤进行：
a、将硼酸钠镉多晶粉末与助熔剂B2O3-R体系或Na2B4O7进行混合，以温度5-20℃/h的升温速率加热至温度800-1000℃，恒温20-50小时，再冷却至750-850℃，得到混合熔液，其中助熔剂B2O3-R体系中的R为NaF或NaCl；
b、在温度730-830℃条件下，快速将籽晶杆下入到熔液中，待其产生漂晶，恒温0.5h漂晶不化，然后以温度0.5-2℃/h的速率缓慢降温至700-800℃，然后将籽晶杆提出液面，以温度10–50℃/h的速率降至室温，得到硼酸钠镉Na2Cd7B8O20籽晶；
c、再配制混合熔液：将硼酸钠镉多晶粉末与助熔剂B2O3-R体系或Na2B4O7进行混合，以温度5-20℃/h的升温速率加热至温度800-1000℃，恒温10-50小时，快速降温至750-850℃，得到硼酸钠镉与助熔剂的混合熔液，其中助熔剂B2O3-R体系中的R为NaF或NaCl；
d、将籽晶固定在籽晶杆上，放入步骤c制备的混合熔液中，以10-50转/分的旋转速率旋转籽晶杆，恒温30分钟-6小时后，快速降温至745-837℃，然后以温度0.5-5℃/天的速率缓慢降温，待到晶体生长结束后，将晶体提离液面，以温度10-100℃/小时的速率降至室温，即得到化合物硼酸钠镉晶体。
步骤a和步骤c所述硼酸钠镉中含Na化合物为碳酸钠、硝酸钠、氢氧化钠、草酸钠或氧化钠；含Cd化合物为氧化镉；含B化合物为H3BO3或B2O3。
步骤a和步骤c中硼酸钠镉与助熔剂B2O3-R体系的摩尔比为1:1-8。
步骤a和步骤c中硼酸钠镉与助熔剂Na2B4O7的摩尔比为1:0.5-4。
本发明所述的硼酸钠镉化合物由下列方法制备：
(1)Na2CO3+CdO+H3BO3→Na2Cd7B8O20+H2O↑+CO2↑
(2)NaNO3+CdO+H3BO3→Na2Cd7B8O20+NO2↑+H2O↑
(3)NaOH+CdO+H3BO3→Na2Cd7B8O20+H2O↑
(4)Na2C2O4+CdO+H3BO3→Na2Cd7B8O20+H2O↑+CO2↑
(5)Na2O+CdO+H3BO3→Na2Cd7B8O20+H2O↑
(6)Na2CO3+CdO+B2O3→Na2Cd7B8O20+H2O↑+CO2↑
(7)NaNO3+CdO+B2O3→Na2Cd7B8O20+NO2↑+H2O↑
(8)NaOH+CdO+B2O3→Na2Cd7B8O20+H2O↑
(9)Na2C2O4+CdO+B2O3→Na2Cd7B8O20+H2O↑+CO2↑
(10)Na2O+CdO+B2O3→Na2Cd7B8O20+H2O↑
本发明所述方法中含Na、含Cd和含B化合物可采用市售的试剂级原料。
本发明所提供的硼酸钠镉晶体的生长方法，寻找合适的助熔剂至关重要，可使得Na2Cd7B8O20化合物原料在其熔点以下完全溶解在该助溶剂中，获得Na2Cd7B8O20的溶液，然后再在该溶液中进行晶体生长。
本发明提供的硼酸钠镉晶体的生长方法，生长Na2Cd7B8O20单晶的设备为一台加热炉，该加热炉至少能加热到1000℃加热腔内具有一定的温度梯度，具有精密的温度控制系统控温精度为±0.5℃，炉子的加热腔可放置坩埚，炉子上面安装籽晶杆，籽晶杆的下端能装卡Na2Cd7B8O20籽晶，上端与转动机构相连接，能使籽晶杆做绕轴的轴向旋转运动，该籽晶杆同时也可上下活动，以便能伸入开口坩埚中的适当位置，也便于将生长籽晶杆上的晶体提离液面。
本发明所述的化合物硼酸钠镉晶体的生长方法，该方法是将硼酸钠镉化合物与助熔剂B2O3-R体系或Na2B4O7按比例混合，放入开口铂金坩埚中，再将开口铂金坩埚置入加热炉的确定位置上，并将炉子的开口处于合适的保温材料封上，然后以每小时5-20℃的速率升温至800-1000℃，恒温10-50小时，以使晶体生长的硼酸钠镉原料及助熔剂充分熔化和均化，并将熔体中的挥发组分除去，然后快速冷却到750-850℃，缓慢把装在籽晶杆上的籽晶导入坩埚的熔体中，并同时启动籽晶杆上的旋转机构，籽晶杆的旋转速率为10-50转/分，恒温30分钟至6小时后，快速降温至745-837℃，然后以0.5-5℃/天的速率缓慢降温，在晶体生长过程中，可通过调节降温速率或晶体转动速率或它们的组合，来控制晶体的生长速率；晶体界面和周围熔体之间保持0.5-5℃/cm的温度梯度，晶体的转动速率为10-50转/分，晶体生长结束后，把籽晶杆提起，将所长大的晶体提离液面，然后以10-100℃/小时的速率降至室温，便可以制备出化合物硼酸钠镉晶体。
采用本发明提供的硼酸钠镉单晶的助熔剂生长方法，可稳定生长出20mm×20mm×10mm透明的硼酸钠镉晶体。
本发明提供的硼酸钠镉晶体的生长方法，由于所使用的助熔剂粘度低，利用质量传输，晶体易于长大，具有生长速度较快，成本低，容易获得大尺寸晶体等优点。
本发明所述的硼酸钠镉Na2Cd7B8O20晶体的生长方法，获得的硼酸钠镉晶体结构为：CdOn(n＝6,7),Na/CdOn(n＝5,6)以及NaOn(n＝4,6)多面体,[B3O7]以及[BO3]基团排列，构成三维网络结构，在此结构中[B3O7]基本结构基团是由3个BO3基团组成，每个BO3三角形通过顶点O原子相连接，CdOn(n＝6,7)和Na/CdOn(n＝5,6)多面体通过共边或者共顶点形成层面，[BO3]基团填充在层面内，层与层之间通过[B3O7]基团和NaOn(n＝4,6)多面体相连接，以此形成三维网状结构。
附图说明
图1为本发明硼酸钠镉晶体的粉末X-射线衍射图谱；
图2为本发明硼酸钠镉晶体的基本骨架图，其中Na为钠，Cd为镉，B为硼，O为氧。
具体实施方式
实施例1：
按反应式Na2CO3+CdO+H3BO3→Na2Cd7B8O20+H2O↑+CO2↑制备化合物Na2Cd7B8O20；
化合物硼酸钠镉(Na2Cd7B8O20)的合成：
将Na2CO3:CdO:H3BO3按摩尔比1:7:8称取放入研钵中，混合并仔细研磨，装入刚玉坩埚，放入马弗炉中，缓慢升温至200℃，恒温3小时，冷却至室温研磨均匀，缓慢升温至500℃，尽量将气体排干净，待冷却后取出坩埚，将样品研磨均匀，再置于坩埚中，将马弗炉升温至670℃，恒温48-90小时后将样品取出，放入研钵中捣碎研磨即得硼酸钠镉化合物单相多晶粉末，再对该多晶粉末进行X射线分析，所得X射线谱图与成品Na2Cd7B8O20单晶研磨成粉末后X射线谱图是一致的；
配制助熔剂Na2B4O7：选用分析纯的Na2CO3和H3BO3按摩尔比Na2CO3:H3BO3＝1:4进行混配，经混合研磨后，在温度400℃下进行烧结24小时，制成助熔剂Na2B4O7；
将合成的Na2Cd7B8O20与配制的助熔剂Na2B4O7按摩尔比Na2Cd7B8O20:Na2B4O7＝1:4混合均匀后，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入竖直式加热炉内，用保温材料将位于炉子顶部的开口封上，在炉顶部与坩埚中心位置对应出留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度10℃/小时的升温速率升温至900℃，恒温50小时，快速降温至730℃，得到硼酸钠镉与助熔剂的混合熔液；
在温度730℃条件下，快速将籽晶杆下入到熔液内，待其产生漂晶，恒温0.5h漂晶不化，然后以温度0.5/h的速率缓慢降温至700℃，然后将籽晶杆提出液面，以温度10/h的速率降至室温，得到硼酸钠镉Na2Cd7B8O20籽晶；
再配制混合熔液：将合成的Na2Cd7B8O20与配制的助熔剂Na2B4O7按摩尔比Na2Cd7B8O20:Na2B4O7＝1:4混合均匀后，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入竖直式加热炉内，用保温材料将位于炉子顶部的开口封上，在炉顶部与坩埚中心位置对应出留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度10℃/小时的升温速率升温至900℃，恒温50小时，快速降温至750℃，得到硼酸钠镉与助熔剂的混合熔液；
将籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶部将籽晶导入坩埚，放入再配制的混合熔液中，同时以20转/分的旋转速率旋转籽晶杆，恒温1小时，快速降温至745℃，然后以温度2℃/天的速率缓慢降温，待到晶体生长结束后，将晶体提离液面，以温度50℃/小时的速率降至室温，即得到尺寸为18mm×15mm×9mm化合物硼酸钠镉透明晶体。
实施例2：
按反应式Na2CO3+CdO+B2O3→Na2Cd7B8O20+H2O↑+CO2↑制备化合物Na2Cd7B8O20；
化合物硼酸钠镉(Na2Cd7B8O20)的合成按实施例1进行；
将合成的化合物硼酸钠镉与助熔剂B2O3-NaF＝1:2混合，然后用Φ80mm×80mm的开口铂坩埚作容器，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度5℃/小时的升温速率加热至温度800℃，恒温10小时，快速降温至750℃，得到硼酸钠镉与助溶剂的混合熔液；
在温度750℃条件下，快速将籽晶杆下入到熔液内，待其产生漂晶，恒温0.5h漂晶不化，然后以温度1/h的速率缓慢降温至710℃，然后将籽晶杆提出液面，以温度20℃/h的速率降至室温，得到硼酸钠镉Na2Cd7B8O20籽晶；
再配制混合熔液：将合成的化合物硼酸钠镉与助溶剂B2O3-NaF＝1:2混合，然后用Φ80mm×80mm的开口铂坩埚作容器，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度5℃/小时的升温速率加热至温度800℃，恒温10小时，快速降温至775℃，得到硼酸钠镉与助溶剂的混合熔液；
将籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶部将籽晶导入坩埚，放入再配制的混合熔液中，以10转/分的转速旋转籽晶杆，恒温30分钟，快速降温至765℃，再以温度0.5℃/天的速率缓慢降温，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度10℃/h的速率降至室温，再将晶体从炉膛中取出，即可得到尺寸为20mm×16mm×7mm化合物硼酸钠镉透明晶体。
实施例3：
按反应式NaNO3+CdO+H3BO3→Na2Cd7B8O20+NO2↑+H2O↑制备化合物Na2Cd7B8O20；
化合物硼酸钠镉(Na2Cd7B8O20)的合成按实施例1进行；
配制助溶剂Na2B4O7：选用分析纯的NaNO3和H3BO3按摩尔比NaNO3:H3BO3＝1:4进行混配，经混合研磨后，在温度420℃下进行烧结24小时，制成助溶剂Na2B4O7；
将合成的Na2Cd7B8O20与配制的助溶剂Na2B4O7按摩尔比Na2Cd7B8O20:Na2B4O7＝1:1混合均匀后，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度8℃/h的速率升温至970℃，恒温48小时，快速降温至810℃，得到硼酸钠镉与助溶剂的混合熔液；
在温度810℃条件下，快速将籽晶杆下入到熔液内，待其产生漂晶，恒温0.5h漂晶不化，然后以温度1.5℃/h的速率缓慢降温至750℃，然后将籽晶杆提出液面，以温度30℃/h的速率降至室温，得到硼酸钠镉Na2Cd7B8O20籽晶；
再配制混合熔液：将合成的Na2Cd7B8O20与配制的助溶剂Na2B4O7按摩尔比Na2Cd7B8O20:Na2B4O7＝1:1混合均匀后，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度8℃/h的速率升温至970℃，恒温48小时，快速降温至815℃，得到硼酸钠镉与助溶剂的混合熔液；
将籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶部将籽晶导入坩埚，放入再配制的混合熔液中，使之与液面接触，以25转/分的转速旋转籽晶杆，恒温30分钟，快速降温至805℃，再以温度1℃/天的速率降温，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度30℃/h的速率降至室温，再将晶体从炉膛中取出，即可得到尺寸为18mm×15mm×6mm化合物硼酸钠镉透明晶体。
实施例4：
按反应式NaNO3+CdO+B2O3→Na2Cd7B8O20+NO2↑+H2O↑制备化合物Na2Cd7B8O20；
化合物硼酸钠镉(Na2Cd7B8O20)的合成按实施例1进行；
将合成的化合物硼酸钠镉与助溶剂B2O3-NaCl＝1:1混合，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度5℃/h的速率升温至950℃，恒温36小时，快速降温至820℃，得到硼酸钠镉与助溶剂的混合熔液；
在温度820℃条件下，快速将籽晶杆下入到熔液内，待其产生漂晶，恒温0.5h漂晶不化，然后以温度2℃/h的速率缓慢降温至780℃，然后将籽晶杆提出液面，以温度40℃/h的速率降至室温，得到硼酸钠镉Na2Cd7B8O20籽晶；
再配制混合熔液：将合成的化合物硼酸钠镉与助溶剂B2O3-NaCl＝1:1混合，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度5℃/h的速率升温至950℃，恒温36小时，快速降温至810℃，得到硼酸钠镉与助溶剂的混合熔液；
将籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶部将籽晶导入坩埚，放入再配制的混合熔液中，使之与液面接触，以40转/分的转速旋转籽晶杆，恒温5小时，快速降温至805℃，以温度1℃/天的速率降温，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度60℃/h的速率降至室温，再将晶体从炉膛中取出，即得到尺寸为15mm×14mm×7mm化合物硼酸钠镉透明晶体。
实施例5：
按反应式NaOH+CdO+H3BO3→Na2Cd7B8O20+H2O↑制备化合物Na2Cd7B8O20；
化合物硼酸钠镉(Na2Cd7B8O20)的合成按实施例1进行；
将合成的化合物硼酸钠镉与助溶剂B2O3-NaCl＝1:5混合，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度20℃/h的速率升温至1000℃，恒温50小时，快速降温至800℃，得到含硼酸钠镉与助溶剂的混合熔液；
在温度800℃条件下，快速将籽晶杆下入到熔液内，待其产生漂晶，恒温0.5h漂晶不化，然后以温度0.5℃/h的速率缓慢降温至750℃，然后将籽晶杆提出液面，以温度15℃/h的速率降至室温，得到硼酸钠镉Na2Cd7B8O20籽晶；
再配制混合熔液：将合成的化合物硼酸钠镉与助溶剂B2O3-NaCl＝1:5混合，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度20℃/h的速率升温至1000℃，恒温50小时，快速降温至818℃，得到含硼酸钠镉与助溶剂的混合熔液；
将籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶部将籽晶导入坩埚，放入再配制的混合熔液中，使之与液面接触，以30转/分的转速旋转籽晶杆，恒温4小时，快速降温至808℃，以温度3℃/天的速率降温，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度70℃/h的速率降至室温，再将晶体从炉膛中取出，即可得到尺寸为20mm×15mm×8mm化合物硼酸钠镉透明晶体。
实施例6：
按反应式NaOH+CdO+B2O3→Na2Cd7B8O20+H2O↑制备化合物Na2Cd7B8O20；
化合物硼酸钠镉(Na2Cd7B8O20)的合成按实施例1进行；
配制助熔剂Na2B4O7：选用分析纯的NaOH和B2O3按摩尔比NaOH:B2O3＝1:4进行混配，经混合研磨后，在温度430℃下进行烧结24小时，制成助熔剂Na2B4O7；
将合成的Na2Cd7B8O20与配制的助熔剂Na2B4O7按摩尔比Na2Cd7B8O20:Na2B4O7＝1:0.5混合均匀后，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入竖直式加热炉内，用保温材料把位于炉子顶部的开口封上，在炉顶部与坩埚中心位置对应出留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度12℃/小时的升温速率升温至980℃，恒温24小时，快速降温至825℃，得到硼酸钠镉与助熔剂的混合熔液；
在温度825℃条件下，快速将籽晶杆下入到熔液内，待其产生漂晶，恒温0.5h漂晶不化，然后以温度1℃/h的速率缓慢降温至790℃，然后将籽晶杆提出液面，以温度35℃/h的速率降至室温，得到硼酸钠镉Na2Cd7B8O20籽晶；
再配制混合熔液：将合成的Na2Cd7B8O20与配制的助熔剂Na2B4O7按摩尔比Na2Cd7B8O20:Na2B4O7＝1:0.5混合均匀后，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入竖直式加热炉内，用保温材料把位于炉子顶部的开口封上，在炉顶部与坩埚中心位置对应出留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度12℃/小时的升温速率升温至980℃，恒温24小时，快速降温至835℃，得到硼酸钠镉与助熔剂的混合熔液；
将籽晶固定在籽晶杆上，从炉顶部小孔将籽晶导入坩埚，放入再配制的混合熔体中，使之与液面接触，以10转/分的速率旋转，恒温1小时，快速降温至830℃，然后以温度4℃/天的速率降温，待到晶体生长结束后，使晶体脱离液面，以温度50℃/小时速率降至室温，即得到尺寸为18mm×16mm×10mm化合物硼酸钠镉透明晶体。
实施例7：
按反应式Na2O+CdO+B2O3→Na2Cd7B8O20+H2O↑制备化合物Na2Cd7B8O20；
化合物硼酸钠镉(Na2Cd7B8O20)的合成按实施例1进行；
将合成的化合物硼酸钠镉与助熔剂B2O3-NaF＝1:8混合均匀，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度18℃/h的速率升温至850℃，恒温45小时，快速降温至745℃，得到含硼酸钠镉与助熔剂的混合熔液；
在温度745℃条件下，快速将籽晶杆下入到熔液内，待其产生漂晶，恒温0.5h漂晶不化，然后以温度1.5℃/h的速率缓慢降温至710℃，然后将籽晶杆提出液面，以温度50℃/h的速率降至室温，得到硼酸钠镉Na2Cd7B8O20籽晶；
再配制混合熔液：将合成的化合物硼酸钠镉与助熔剂B2O3-NaF＝1:8混合均匀，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度18℃/h的速率升温至850℃，恒温45小时，快速降温至755℃，得到含硼酸钠镉与助熔剂的混合熔液；
将籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶部将籽晶导入坩埚，放入再配制的混合熔液中，使之与液面接触，以20转/分的转速旋转籽晶杆，恒温4小时，快速降温至750℃，再以温度5℃/天的速率降温，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度60℃/h的速率降至室温，再将晶体从炉膛中取出，即可得到尺寸为20mm×18mm×9mm化合物硼酸钠镉透明晶体。
实施例8：
按反应式Na2C2O4+CdO+H3BO3→Na2Cd7B8O20+H2O↑+CO2制备化合物Na2Cd7B8O20；
化合物硼酸钠镉(Na2Cd7B8O20)的合成按实施例1进行；
配制助熔剂Na2B4O7：选用分析纯的Na2C2O4和H3BO3按摩尔比Na2C2O4:H3BO3＝1:4进行混配，经混合研磨后，在温度450℃下进行烧结24小时，制成助熔剂Na2B4O7；
将合成的Na2Cd7B8O20与配制的助熔剂Na2B4O7按摩尔比Na2Cd7B8O20:Na2B4O7＝1:3混合均匀后，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度12℃/h的速率升温至950℃，恒温50小时，快速降温至830℃，得到含硼酸钠镉与助熔剂的混合熔液；
在温度830℃条件下，快速将籽晶杆下入到熔液内，待其产生漂晶，恒温0.5h漂晶不化，然后以温度2℃/h的速率缓慢降温至800℃，然后将籽晶杆提出液面，以温度40℃/h的速率降至室温，得到硼酸钠镉Na2Cd7B8O20籽晶；
再配制混合熔液：将合成的Na2Cd7B8O20与配制的助熔剂Na2B4O7按摩尔比Na2Cd7B8O20:Na2B4O7＝1:3混合均匀后，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度12℃/h的速率升温至950℃，恒温50小时，快速降温至845℃，得到含硼酸钠镉与助熔剂的混合熔液；
将籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶部将籽晶导入坩埚，放入再配制的混合熔液中，使之与液面接触，以30转/分的转速旋转籽晶杆，恒温6小时，快速降温至840℃，以温度5℃/天的速率降温，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度100℃/h的速率降至室温，再将晶体从炉膛中取出，即得到尺寸为16mm×16mm×7mm化合物硼酸钠镉透明晶体。
实施例9：
按反应式Na2O+CdO+H3BO3→Na2Cd7B8O20+H2O↑制备化合物Na2Cd7B8O20；
化合物硼酸钠镉(Na2Cd7B8O20)的合成按实施例1进行；
配制助熔剂Na2B4O7：选用分析纯的Na2O和H3BO3按摩尔比Na2O:H3BO3＝1:4进行混配，经混合研磨后，在温度425℃下进行烧结24小时，制成助熔剂Na2B4O7；
将合成的Na2Cd7B8O20与配制的助熔剂Na2B4O7按摩尔比Na2Cd7B8O20:Na2B4O7＝1:2混合均匀后，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度14℃/h的速率升温至980℃，恒温18小时，快速降温至825℃，得到含硼酸钠镉与助熔剂的混合熔液；
在温度825℃条件下，快速将籽晶杆下入到熔液内，待其产生漂晶，恒温0.5h漂晶不化，然后以温度2℃/h的速率缓慢降温至780℃，然后将籽晶杆提出液面，以温度50℃/h的速率降至室温，得到硼酸钠镉Na2Cd7B8O20籽晶；
再配制混合熔液：将合成的Na2Cd7B8O20与配制的助熔剂Na2B4O7按摩尔比Na2Cd7B8O20:Na2B4O7＝1:2混合均匀后，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度14℃/h的速率升温至980℃，恒温18小时，快速降温至845℃，得到含硼酸钠镉与助熔剂的混合熔液；
将籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶部将籽晶导入坩埚，放入再配制的混合熔液中，使之与液面接触，以40转/分的转速旋转籽晶杆，恒温3小时，快速降温至837℃，以温度3.5℃/天的速率降温，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度80℃/h的速率降至室温，再将晶体从炉膛中取出，即可得到尺寸为20mm×15mm×10mm化合物硼酸钠镉透明。
实施例10
按反应式Na2C2O4+CdO+B2O3→Na2Cd7B8O20+H2O↑+CO2↑制备化合物Na2Cd7B8O20；
化合物硼酸钠镉(Na2Cd7B8O20)的合成按实施例1进行；
将合成的化合物硼酸钠镉与助熔剂B2O3-NaF＝1:6混合均匀，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度10℃/h的速率升温至850℃，恒温50小时，快速降温至760℃，得到含硼酸钠镉与助熔剂的混合熔液；
在温度760℃条件下，快速将籽晶杆下入到熔液内，待其产生漂晶，恒温0.5h漂晶不化，然后以温度2℃/h的速率缓慢降温至710℃，然后将籽晶杆提出液面，以温度45℃/h的速率降至室温，得到硼酸钠镉Na2Cd7B8O20籽晶；
再配制混合熔液：将合成的化合物硼酸钠镉与助熔剂B2O3-NaF＝1:6混合均匀，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，把坩埚放入单晶生长炉中，用保温材料把位于炉顶的开口封上，在炉顶与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出人的小孔，以温度10℃/h的速率升温至850℃，恒温50小时，快速降温至775℃，得到含硼酸钠镉与助熔剂的混合熔液；
将籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶部将籽晶导入坩埚，放入再配制的混合熔液中，使之与液面接触，以20转/分的转速旋转籽晶杆，恒温2小时，快速降温至765℃，再以温度2℃/天的速率降温，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度40℃/h的速率降至室温，再将晶体从炉膛中取出，即可得到尺寸为20mm×18mm×10mm化合物硼酸钠镉透明晶体。
Claims (3)
1.一种硼酸钠镉晶体的生长方法，其特征在于按下列步骤进行：
a、将硼酸钠镉多晶粉末与助熔剂B2O3-R体系或Na2B4O7进行混合，以温度5-20℃/h的升温速率加热至温度800-1000℃，恒温20-50小时，再冷却至750-850℃，得到混合熔液，其中助熔剂B2O3-R体系中的R为NaF或NaCl；
b、在温度730-830℃条件下，快速将籽晶杆下入到熔液中，待其产生漂晶，恒温0.5h漂晶不化，然后以温度0.5-2℃/h的速率缓慢降温至700-800℃，然后将籽晶杆提出液面，以温度10–50℃/h的速率降至室温，得到硼酸钠镉Na2Cd7B8O20籽晶；
c、再配制混合熔液：将硼酸钠镉多晶粉末与助熔剂B2O3-R体系或Na2B4O7进行混合，以温度5-20℃/h的升温速率加热至温度800-1000℃，恒温10-50小时，快速降温至750-850℃，得到硼酸钠镉与助溶剂的混合熔液，其中助熔剂B2O3-R体系中的R为NaF或NaCl；
d、将籽晶固定在籽晶杆上，放入步骤c制备的混合熔液中，以10-50转/分的旋转速率旋转籽晶杆，恒温30分钟-6小时后，快速降温至745-837℃，然后以温度0.5-5℃/天的速率缓慢降温，待到晶体生长结束后，将晶体提离液面，以温度10-100℃/小时的速率降至室温，即得到化合物硼酸钠镉晶体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a和步骤c中硼酸钠镉与助熔剂B2O3-R体系的摩尔比为1:1-8。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a和步骤c中硼酸钠镉与助熔剂Na2B4O7的摩尔比为1:0.5-4。
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