CN1045282A - 熔盐籽晶法生长低温相偏硼酸钡单晶 - Google Patents
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Abstract
关于熔盐籽晶法生长晶体的方法。用这种方法生长的低温相偏硼酸钡单晶，经全面性能测试工作，证实该晶体是一种优良的非线性光学、热电等多功能材料，其培养方法包括配料、下籽晶、生长三个步骤，采用Na2O或NaF作助熔剂；籽晶的位置位于熔液表面；籽晶取向为C轴方向；籽晶以0.03℃/小时—0.2℃/小时的速率生长。用这种方法，可稳定地生长出Φ67mm，中心厚度达15毫米、呈立碗形的大单晶。
Description
本发明属晶体生长工艺。
一九四九年Levin等人在研究BaO-B2O3体系时，发现BaB2O4化合物的存在，并指出有两种同质异构体。一九六八年Brixner等人用BaCl2-B2O3体系生长出透明针状单晶，但未指明是何相。次年，Hubner用Li2O作助熔剂生长出尺寸为0.5×0.5×0.05mm3的低温相单晶。但由于晶体太小，不能全面测试其各方面物理性能，而且，他测定的该晶体结构是有对称中心的。
在我所长期的晶体结构与性能的研究中，经过大量的筛选工作，确定低温相偏硼酸钡是一种优良的非线性光学、热电等多功能材料。经全面性能测试工作，不容置疑地证实该晶体在非线性光学方面，尤其在紫外倍频方面有非常广阔的应用前景;在热电的特殊应用范围也有其独到之处。因此，大量的性能测试研究，以及晶体在器件上的试验应用都需要大批的大尺寸、高质量的单晶。
晶体生长实验程序如下。按预定配比称量各种原料，研磨均匀混合，装入铂坩埚并置于生长炉子中。在高于液相线温度大约50-100℃的温度下恒温5-24小时，使原料完全熔融，均匀混合。然后，快速降温到饱和温度以上大约5℃的温度，待温度平衡后下籽晶，并恒温半小时，以消除籽晶表面因机械加工造成的损伤。继后，又快速地降温到饱和温度，恒温一天后，开始缓慢降温，晶体开始生长。在生长期间，晶体以5-70转/分的转速单向转动。生长结束时，提起晶体，晶体随炉以50℃/小时左右的速率降到室温。由于该晶体微溶于水，并溶于酸和碱溶液，因此，生长结束后，晶体提离熔液面是极为必要的。但如果晶体扭脱，与籽晶杆分离时，就得采用热倒法，使晶体与残余熔液分离。其步骤如下：当生长结束时，迅速打开炉盖，把坩埚夹到已升温到生长结束时的温度的另一个退火炉子中，并使坩埚倒立于铂网上，残余熔液从铂网滤过流到下面的另一个坩埚，生长成的晶体留在铂网上，随炉子缓慢地降到室温。
采用上述工艺，可稳定地生长出φ67毫米，中心厚度达15mm，呈立碗形的大单晶。如果坩埚尺寸加大，将可获得更大些单晶。晶体无色透明。
具体的一次典型实验程序如下：采用Na2O或NaF熔剂，按BaB2O4/Na2O＝78-73/22～27（mol%）或BaB2O4/NaF＝64～67/36～33（mol%）配比，精确称量后，加入φ70×70mm3的铂坩埚中。在950-1000℃温度下恒温5-24小时后，快速降温，并用下籽晶法测得饱和温度（880℃-920℃）。而后在饱和温度以上大约5-10℃的温度下，将园盘状籽晶下至熔液表面（籽晶轴向为C轴方向，即C轴垂直于水平液面）。半小时后，降至饱和温度，恒温24小时后以0.03℃/小时-0.2℃/小时速率降至800-830℃。最后提起晶体以50℃/小时左右速率降至室温。下尝试籽晶，在晶体生长周期中及退火过程中，晶体均以5-70转/分速率转动。
Claims (4)
1、一种熔盐籽晶法生长低温相偏硼酸钡晶体的方法，其步骤包括配料、升温、下籽晶、按一定程序降温生长，本发明的特征在于：
(1)晶体生长所用助熔剂为NaF或Na2O
(2)在配料中，BaB2O4与助熔剂的配料比为BaB2O4/Na2O=73-78/27-22(克分子百分数)或BaB2O4/NaF=64-67/36-33(克分子百分数)；
(3)下籽晶时，籽晶的位置位于熔液表面，籽晶取向为垂直于水平液面的C轴方向；
(4)晶体生长过程中，其降温速率为0.03℃/小时-0.2℃/小时；
(5)晶体生长过程中，晶体转速为5-70转/分。
2、根据权利要求1所说的晶体生长方法，其特征在于所用助熔剂最好为NaF。
3、根据权利要求1所说的晶体生长方法，其特征在于下籽晶是在饱和温度以上大约5-10℃的温度下，将籽晶下至熔液表面。
4、根据权利要求1所说的晶体生长方法，其特征在于晶体生长过程中或结束后将晶体提离熔液面时，如晶体扭脱，与籽晶杆分离，则采用热倒法。
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