CN105332054B - 化合物氯硼酸钠和氯硼酸钠光学晶体及制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化合物氯硼酸钠和氯硼酸钠光学晶体及制备方法和用途，该化合物化学式为Na3B6O10Cl，分子量329.28，采用固相反应法合成化合物；所述一种氯硼酸钠光学晶体，该晶体的化学式为Na3B6O10Cl，分子量329.28，属正交晶系，空间群P212121，晶胞参数为a=7.437(8)Å，b=9.938(11)Å，c=12.804(14)Å，Z=4，V=946.3(18)Å3。其透光波段在190nm至2600nm之间，该晶体机械硬度适中，易于切割、抛光加工和保存，不溶于水，不潮解，在空气中稳定，适用于制作窗口、透镜和棱镜等光学器件。例如：用在红外探测器和飞行器中的窗口、头罩或整流罩等；用于显微镜和望远镜中的凸透镜；用于潜望镜，双目望远镜等仪器中改变光的进行方向的三棱镜。
Description
技术领域
本发明涉及化合物氯硼酸钠Na3B6O10Cl和氯硼酸钠光学晶体的制备方法和利用该晶体制作的光学器件。
背景技术
近二十年来，因硼酸盐化合物的多样性及众多优异的性质和广泛的应用，对硼酸盐的相关研究引起了越来越多的学者的关注。硼酸盐多样的结构为多样的性质提供了良好的物质基础，如较大的双折射率，较大的非线性效应，较高的荧光发光效率和稳定性及其它很多特殊的性质。硼酸盐的特点就是有利于紫外辐射的透过，在硼酸盐中己经发现了许多优秀的光学晶体，例如α-BBO,β-BBO(BBO)、LiB3O5(LBO)晶体、CsB3O5(CBO)晶体、CsLiB6O10(CLBO)晶体和KBe2BO3F2(KBBF)晶体。虽然这些材料的晶体生长技术已日趋成熟，但仍存在着明显的不足之处：如晶体易潮解、生长周期长、层状生长习性严重及价格昂贵等。因此，合成新的光学晶体材料仍然是一个非常重要而艰巨的工作。
在发展新型光学晶体时，人们仍然选择透光范围宽的硼酸盐晶体，并且为了进一步的拓宽透光范围，使其紫外截止边可以达到深紫外，阳离子通常使用没有d-d电子跃迁的碱金属或碱土金属，并且在硼酸盐骨架中引入卤素离子。
发明内容
本发明目的在于提供一种化合物氯硼酸钠，该化合物化学式为Na3B6O10Cl，分子量329.28，采用固相反应法合成化合物。
本发明另一目的在于提供一种氯硼酸钠光学晶体，该晶体的化学式为Na3B6O10Cl，分子量329.28，属正交晶系，空间群P212121，晶胞参数为
本发明再一目的在于提供采用固相反应法合成化合物及高温熔液法生长氯硼酸钠光学晶体的制备方法。
本发明又一个目的在于提供一种氯硼酸钠在制备窗口、透镜或棱镜中的用途。例如：用在红外探测器和飞行器中的窗口、头罩或整流罩等；用于显微镜和望远镜中的凸透镜；用于潜望镜，双目望远镜等仪器中改变光的进行方向的三棱镜。
本发明所述的一种化合物氯硼酸钠，该化合物的化学式为Na3B6O10Cl，分子量329.28，采用固相反应法合成化合物。
一种化合物氯硼酸钠光学晶体，该晶体的化学式为Na3B6O10Cl，分子量329.28，不具有对称中心，属正交晶系，空间群P212121，晶胞参数为 所述化合物氯硼酸钠光学晶体的制备方法，采用助熔剂法生长氯硼酸钠光学晶体，具体操作按下列步骤进行：
a、将氯硼酸钠化合物单相多晶粉末与助熔剂按摩尔比1:1-12均匀混合，以温度1-30℃/h的升温速率加热至温度680-850℃，恒温5-100小时，得到混合熔液；
或直接按摩尔比称取氯硼酸钠的原料，再将氯硼酸钠原料与助熔剂按摩尔比为1:1-12均匀混合，以温度1-30℃/h的升温速率加热至温度680-850℃，恒温5-100小时，得到混合熔液；
b、将步骤a得到的混合熔液降至温度580-750℃，将籽晶杆下端伸入混合熔液液面下，以温度0.5-10℃/h的速率缓慢下降温度5-100℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆下端聚集有聚集物，再以温度0-12℃/h的速率降至室温，获得氯硼酸钠籽晶；
c、将盛有步骤a制得的混合熔液的坩埚置入晶体生长炉中，将步骤b得到的籽晶从晶体生长炉顶部下籽晶，先预热籽晶5-60分钟，将籽晶下至混合熔液液面或混合熔液中进行回熔，恒温5-60分钟，再以温度1-60℃/h的速率降至温度565-735℃；
d、再以温度0.1-5℃/天的速率降温，以0-100rpm的转速旋转籽晶杆或旋转坩埚进行晶体的生长，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度1-80℃/h的速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可得到氯硼酸钠光学晶体。
步骤a所述含钠化合物为碳酸钠、氧化钠，草酸钠，硝酸钠，氢氧化钠或碳酸氢钠；含氯化合物为氯化钠。
步骤a所述助熔剂为PbO、NaCl-PbO、NaCl-Na2O、H3BO3-Na2O、H3BO3-PbO或NaCl-H3BO3。
助熔剂NaCl-PbO或NaCl-Na2O体系中氯化物与氧化物的摩尔比为1-5:2-6；H3BO3-Na2O或H3BO3-PbO体系中H3BO3与氧化物的摩尔比为1-5:1-6；NaCl-H3BO3体系中氯化钠与硼酸的摩尔比为1-5:0.1-6。
所述的氯硼酸钠光学晶体在制备窗口、透镜或棱镜中的用途。
本发明所述的氯硼酸钠化合物单相多晶粉末采用固相反应法制备，其步骤为：按摩尔比Na:Cl:B＝3:1:6混合均匀，研磨后放入马弗炉中，升温至350℃，恒温24小时，冷却至室温；取出经第二次研磨之后放入马弗炉中，升温至550℃，恒温24小时，冷却至室温；取出经第三次研磨后放入马弗炉中，升温至700℃，恒温72小时，冷却至室温；取出经研磨得烧结完全的氯硼酸钠化合物单相多晶粉末。
本发明按下述反应式制备氯硼酸钠化合物单相多晶粉末：
(1)Na2CO3+NaCl+6H3BO3→Na3B6O10Cl+CO2↑+9H2O↑
(2)Na2O+NaCl+6H3BO3→Na3B6O10Cl+9H2O↑
(3)Na2C2O4+NaCl+6H3BO3+1/2O2↑→Na3B6O10Cl+2CO2↑+9H2O↑
(4)2NaNO3+NaCl+6H3BO3→Na3B6O10Cl+2NO2↑+9H2O↑+1/2O2↑
(5)2NaOH+NaCl+6H3BO3→Na3B6O10Cl+10H2O↑
(6)2NaHCO3+NaCl+6H3BO3→Na3B6O10Cl+2CO2↑+10H2O↑
(7)Na2CO3+NaCl+3B2O3→Na3B6O10Cl+CO2↑
(8)Na2O+NaCl+3B2O3→Na3B6O10Cl
(9)Na2C2O4+NaCl+3B2O3+1/2O2↑→Na3B6O10Cl+2CO2↑
(10)2NaNO3+NaCl+3B2O3→Na3B6O10Cl+2NO2↑+1/2O2↑
(11)2NaOH+NaCl+3B2O3→Na3B6O10Cl+H2O↑
(12)2NaHCO3+NaCl+3B2O3→Na3B6O10Cl+2CO2↑+H2O↑。
所述含钠化合物为Na2O、Na2CO3、Na2C2O4、NaNO3、NaOH、或NaHCO3；所述含氯化合物为NaCl；所述含硼化合物为H3BO3或B2O3。
所述方法中步骤a所述助熔剂为PbO、NaCl-PbO、NaCl-Na2O、H3BO3-Na2O、H3BO3-PbO或NaCl-H3BO3。
所述方法中助熔剂NaCl-PbO或NaCl-Na2O体系中氯化物与氧化物的摩尔比为1-5:2-6；H3BO3-Na2O或H3BO3-PbO体系中H3BO3与氧化物的摩尔比为1-5:1-6；NaCl-H3BO3体系中氯化钠与硼酸的摩尔比为1-5:0.1-6。
所获晶体机械硬度适中，易于切割、抛光、加工和保存，不溶于水，不潮解，在空气中稳定，适用于制备窗口、透镜和棱镜，例如：用在红外探测器和飞行器中的窗口、头罩或整流罩等；用于显微镜和望远镜中的凸透镜；用于潜望镜，双目望远镜等仪器中改变光的进行方向的三棱镜。
附图说明
图1为本发明Na3B6O10Cl粉末的X-射线衍射图；
图2为Na3B6O10Cl的晶体结构图；
图3为本发明生长的晶体的照片；
图4为本发明用于窗口使用示意图，其中1为保护盖，2为法兰底座，3为晶体材料(窗口)，4为第一密封圈，5为第二密封圈，6为外旋压圈；
图5为本发明用于凸透镜原理示意图；
图6为本发明用于棱镜使用示意图。
具体实施方式
实施例1：
按反应式：(1)Na2CO3+NaCl+6H3BO3→Na3B6O10Cl+CO2↑+9H2O↑合成Na3B6O10Cl化合物：
将Na2CO3、NaCl、H3BO3按摩尔比1:1:6称取放入研钵中，混合并仔细研磨，然后装入Φ100mm×100mm的开口刚玉坩埚中，放入马弗炉中，缓慢升温至350℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第二次研磨之后放入马弗炉中，再升温至550℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第三次研磨后放入马弗炉中，再升温至700℃，恒温72小时，取出经研磨得到氯硼酸钠化合物单相多晶粉末，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与氯硼酸钠(Na3B6O10Cl)单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
将合成的Na3B6O10Cl单相多晶粉末与助熔剂PbO按摩尔比Na3B6O10Cl:PbO＝1:3进行混配，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，以温度30℃/h的升温速率将其加热至700℃，恒温30小时，得到氯硼酸钠混合熔液；
再将混合熔液降至温度650℃,此时将籽晶杆快速伸入液面下，以温度0.5℃/h的速率缓慢降至580℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度10℃/h的速率降至室温，获得氯硼酸钠籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将获得的Na3B6O10Cl籽晶固定于籽晶杆上从晶体生长炉顶部下籽晶，在温度650℃先在混合熔液表面上预热籽晶10分钟，浸入液面中，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温30分钟，快速降至温度635℃；
再以温度2℃/天的速率降温，以10rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长结束后，使晶体脱离液面，以温度10℃/小时的速率降至室温，即可获得尺寸为36mm×30mm×20mm的氯硼酸钠(Na3B6O10Cl)晶体。
反应式中的碳酸钠可以用氧化钠或草酸钠或硝酸钠或氢氧化钠或碳酸氢钠替换，硼酸可由氧化硼替换。
实施例2：
按反应式：Na2O+NaCl+6H3BO3→Na3B6O10Cl+9H2O↑合成Na3B6O10Cl化合物：
将Na2O、NaCl、H3BO3按摩尔比1:1:6直接称取原料，将称取的原料与助熔剂NaCl-PbO按摩尔比1:4进行混配，其中NaCl与PbO的摩尔比为2:3，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，升温至温度730℃，恒温20小时，得到混合熔液；
再将混合熔液降温至680℃,此时将籽晶杆快速伸入液面下，以温度0.5℃/h的速率缓慢降至620℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度10℃/h的速率降至室温，获得氯硼酸钠籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将获得的Na3B6O10Cl籽晶固定于籽晶杆上从晶体生长炉顶部下籽晶，先在温度670℃的混合熔液表面上预热籽晶10分钟，浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温30分钟，快速降至温度660℃；
再以温度1℃/天的速率缓慢降温，以10rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以20℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺寸为30mm×26mm×20mm的化合物氯硼酸钠Na3B6O10Cl光学晶体。
反应式中的氧化钠可以用碳酸钠或草酸钠或硝酸钠或氢氧化钠或碳酸氢钠替换，硼酸可由氧化硼替换。
实施例3：
按反应式：2NaNO3+NaCl+6H3BO3→Na3B6O10Cl+2NO2↑+9H2O↑+1/2O2↑合成Na3B6O10Cl化合物：
将NaNO3、NaCl和H3BO3按摩尔比2:1:6直接称取原料，将称取的原料与助熔剂NaCl-Na2O按摩尔比1:3进行混配，其中NaCl与Na2O的摩尔比为1:2，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，升温至温度800℃，恒温20小时，得到混合熔液；
将混合熔液降温至750℃，将籽晶杆快速伸入液面下，以温度2℃/h的速率缓慢降至650℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度8℃/h的速率降至室温，获得氯硼酸钠籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将获得的Na3B6O10Cl籽晶固定于籽晶杆上从晶体生长炉顶部下籽晶，先在温度740℃的混合熔液表面上预热籽晶10分钟，浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温30分钟，快速降至温度730℃；
然后以温度2℃/天的速率缓慢降温，以50rpm的转速旋转籽晶杆，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速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺寸为30mm×25mm×15mm的Na3B6O10Cl晶体。
反应式中的硝酸钠可以用碳酸钠或氧化钠或草酸钠或氢氧化钠或碳酸氢钠替换，硼酸可由氧化硼替换。
实施例4：
按反应式：2NaOH+NaCl+6H3BO3→Na3B6O10Cl+10H2O↑合成Na3B6O10Cl化合物：
将NaOH、NaCl、H3BO3按摩尔比2:1:6直接称取原料，将称取的原料与助熔剂H3BO3-Na2O按摩尔比1:6，进行混配，其中H3BO3与Na2O摩尔比为2:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，升温至温度745℃，恒温20小时，得到混合熔液；
将混合熔液降温至720℃，此时将籽晶杆快速伸入液面下，以温度5℃/h的速率缓慢降至620℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度8℃/h的速率降至室温，获得氯硼酸钠籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将获得的Na3B6O10Cl籽晶固定于籽晶杆上从晶体生长炉顶部下籽晶，先在温度710℃的混合熔液表面上预热籽晶10分钟，浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温30分钟，快速降至温度700℃；
再以温度3℃/天的速率缓慢降温，以5rpm的转速旋转籽晶坩埚，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度30℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺寸为23mm×20mm×10mm的Na3B6O10Cl晶体。
反应式中的氢氧化钠可以用碳酸钠或氧化钠或草酸钠或硝酸钠或碳酸氢钠替换，硼酸可由氧化硼替换。
实施例5：
按反应式：2NaHCO3+NaCl+6H3BO3→Na3B6O10Cl+2CO2↑+10H2O↑合成Na3B6O10Cl化合物：
将NaHCO3、NaCl、H3BO3按摩尔比2:1:6直接称取原料，将称取的原料与助熔剂H3BO3-PbO按摩尔比1:6进行混配，其中H3BO3与PbO摩尔比为3:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，升温至温度700℃，恒温30小时，得到混合熔液；
将混合熔液降温至680℃，此时将籽晶杆快速伸入液面下，以温度5℃/h的速率缓慢降至600℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度8℃/h的速率降至室温，获得氯硼酸钠籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将获得的Na3B6O10Cl籽晶固定于籽晶杆上从晶体生长炉顶部下籽晶，先在温度670℃的混合熔液表面上预热籽晶10分钟，浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温30分钟，快速降至温度660℃；
然后以温度3℃/天的速率缓慢降温，以15rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度15℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺寸为25mm×25mm×20mm的Na3B6O10Cl晶体。
反应式中的碳酸氢钠可以用碳酸钠或氧化钠或草酸钠或硝酸钠或氢氧化钠替换，硼酸可由氧化硼替换。
实施例6：
按反应式：Na2CO3+NaCl+3B2O3→Na3B6O10Cl+CO2↑合成Na3B6O10Cl化合物：
将Na2CO3、NaCl、B2O3按摩尔比1:1:3直接称取原料，将称取的原料与助熔剂NaCl-H3BO3按摩尔比1:2进行混配，其中NaCl与H3BO3摩尔比为3:2装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，升温至温度750℃，恒温50小时，得到混合熔液；
将混合熔液降温至730℃，此时将籽晶杆快速伸入液面下，以温度5℃/h的速率缓慢降至650℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度8℃/h的速率降至室温，获得氯硼酸钠籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将获得的Na3B6O10Cl籽晶固定于籽晶杆上从晶体生长炉顶部下籽晶，先在温度720℃的混合熔液表面上预热籽晶10分钟，浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温30分钟，快速降至温度710℃；
再以温度5℃/天的速率降温，以30rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度35℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺寸为22mm×22mm×20mm的Na3B6O10Cl晶体。
反应式中的碳酸钠可以用氧化钠或草酸钠或硝酸钠或氢氧化钠或碳酸氢钠替换，氧化硼可由硼酸替换。
实施例7：
按反应式：Na2O+NaCl+3B2O3→Na3B6O10Cl合成Na3B6O10Cl化合物；
将Na2O、NaCl、B2O3按摩尔比1:1:3放入研钵中，混合并仔细研磨，然后装入Φ100mm×100mm的开口刚玉坩埚中，放入马弗炉中，缓慢升温至350℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第二次研磨之后放入马弗炉中，再升温至550℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第三次研磨后放入马弗炉中，再升温至700℃，恒温72小时，放入研钵中捣碎研磨即得Na3B6O10Cl化合物，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与氯硼酸钠(Na3B6O10Cl)单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
然后将合成的Na3B6O10Cl化合物与助熔剂PbO按摩尔比1:4，进行混配，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，升温至温度690℃，恒温40小时，得到混合熔液；
将混合熔液降温至670℃，此时将籽晶杆快速伸入液面下，以温度5℃/h的速率缓慢降至600℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度8℃/h的速率降至室温，获得氯硼酸钠籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将获得的Na3B6O10Cl籽晶固定于籽晶杆上从晶体生长炉顶部下籽晶，先在温度680℃的混合熔液表面上预热籽晶10分钟，浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温30分钟，快速降至温度670℃；
再以温度3℃/天的速率缓慢降温，以10rpm的转速旋转籽晶坩埚，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度15℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺寸为18mm×22mm×15mm的Na3B6O10Cl晶体。
反应式中的氧化钠可以用碳酸钠或草酸钠或硝酸钠或氢氧化钠或碳酸氢钠替换，氧化硼可由硼酸替换。
实施例8：
按反应式：Na2C2O4+NaCl+3B2O3+1/2O2→Na3B6O10Cl+2CO2↑合成Na3B6O10Cl化合物：
将Na2C2O4、NaCl、B2O3按摩尔比1:1:3放入研钵中，混合并仔细研磨，然后装入Φ100mm×100mm的开口刚玉坩埚中，放入马弗炉中，缓慢升温至350℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第二次研磨之后放入马弗炉中，再升温至550℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第三次研磨后放入马弗炉中，再升温至700℃，恒温72小时，将其取出，放入研钵中捣碎研磨即得Na3B6O10Cl化合物，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与氯硼酸钠(Na3B6O10Cl)单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
然后将合成的Na3B6O10Cl化合物与助熔剂NaCl-PbO按摩尔比1:3，进行混配，NaCl与PbO摩尔比为2:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，升温至温度750℃，恒温45小时，得到混合熔液；
将混合熔液降温至730℃，此时将籽晶杆快速伸入液面下，以温度5℃/h的速率缓慢降至650℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度8℃/h的速率降至室温，获得氯硼酸钠籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将获得的Na3B6O10Cl籽晶固定于籽晶杆上从晶体生长炉顶部下籽晶，先在温度730℃的混合熔液表面上预热籽晶10分钟，浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温30分钟，快速降至温度720℃；
再以温度2℃/天的速率缓慢降温，以60rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度80℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺寸为24mm×22mm×15mm的Na3B6O10Cl晶体。
反应式中的草酸钠可用碳酸钠或氧化钠或硝酸钠或氢氧化钠或碳酸氢钠替换，氧化硼可由硼酸替换。
实施例9：
按反应式：2NaNO3+NaCl+3B2O3→Na3B6O10Cl+2NO2↑+1/2O2↑合成Na3B6O10Cl化合物：
将NaNO3、NaCl、B2O3按摩尔比2:1:3放入研钵中，混合并仔细研磨，然后装入Φ100mm×100mm的开口刚玉坩埚中，放入马弗炉中，缓慢升温至350℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第二次研磨之后放入马弗炉中，再升温至550℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第三次研磨后放入马弗炉中，再升温至700℃，恒温72小时，将其取出，放入研钵中捣碎研磨即得Na3B6O10Cl化合物，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与氯硼酸钠(Na3B6O10Cl)单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
将合成的Na3B6O10Cl化合物与助熔剂NaCl-Na2O按摩尔比3:2进行混配，其中NaCl与Na2O摩尔比为1:2，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，升温至温度750℃，恒温50小时得到混合熔液；
将混合熔液降温至730℃，此时将籽晶杆快速伸入液面下，以温度5℃/h的速率缓慢降至660℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度8℃/h的速率降至室温，获得氯硼酸钠籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将获得的Na3B6O10Cl籽晶固定于籽晶杆上从晶体生长炉顶部下籽晶，先在温度730℃的混合熔液表面上预热籽晶10分钟，浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温30分钟，快速降至温度720℃；
然后以温度3℃/天的速率降温，以50rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度70℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺寸为22mm×21mm×16mm的Na3B6O10Cl晶体。
反应式中的硝酸钠可以用碳酸钠或氧化钠或草酸钠或氢氧化钠或碳酸氢钠替换，氧化硼可由硼酸替换。
实施例10：
按反应式：2NaOH+NaCl+3B2O3→Na3B6O10Cl+H2O↑合成Na3B6O10Cl化合物：
将NaOH、NaCl、B2O3按摩尔比2:1:3放入研钵中，混合并仔细研磨，然后装入Φ100mm×100mm的开口刚玉坩埚中，放入马弗炉中，缓慢升温至350℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第二次研磨之后放入马弗炉中，再升温至550℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第三次研磨后放入马弗炉中，再升温至700℃，恒温72小时，将其取出，放入研钵中捣碎研磨即得Na3B6O10Cl化合物，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与氯硼酸钠(Na3B6O10Cl)单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
将合成的Na3B6O10Cl化合物与助熔剂H3BO3-Na2O按摩尔比1:3进行混配，其中H3BO3与Na2O摩尔比为5:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，升温至温度750℃，恒温20小时得到混合熔液；
将混合熔液降温至720℃，此时将籽晶杆快速伸入液面下，以温度5℃/h的速率缓慢降至640℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度8℃/h的速率降至室温，获得氯硼酸钠籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将获得的Na3B6O10Cl籽晶固定于籽晶杆上从晶体生长炉顶部下籽晶，先在温度720℃的混合熔液表面上预热籽晶10分钟，浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温30分钟，快速降至温度710℃；
然后以温度2℃/天的速率降温，以28rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度25℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺寸为30mm×22mm×15mm的Na3B6O10Cl晶体。
反应式中的氢氧化钠可以用碳酸钠或氧化钠或草酸钠或硝酸钠或碳酸氢钠替换，氧化硼可由硼酸替换。
实施例11：
按反应式：2NaHCO3+NaCl+3B2O3→Na3B6O10Cl+2CO2↑+H2O↑合成Na3B6O10Cl化合物：
将NaHCO3、NaCl、B2O3按摩尔比2:1:3放入研钵中，混合并仔细研磨，然后装入Φ100mm×100mm的开口刚玉坩埚中，放入马弗炉中，缓慢升温至350℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第二次研磨之后放入马弗炉中，再升温至550℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第三次研磨后放入马弗炉中，再升温至700℃，恒温72小时，将其取出，放入研钵中捣碎研磨即得Na3B6O10Cl化合物，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与氯硼酸钠(Na3B6O10Cl)单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
将合成的Na3B6O10Cl化合物与助熔剂H3BO3-PbO按摩尔比1:3进行混配，其中H3BO3与PbO摩尔比为5:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，升温至温度750℃，恒温30小时得到混合熔液；
将混合熔液降温至710℃，此时将籽晶杆快速伸入液面下，以温度5℃/h的速率缓慢降至630℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度8℃/h的速率降至室温，获得氯硼酸钠籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将获得的Na3B6O10Cl籽晶固定于籽晶杆上从晶体生长炉顶部下籽晶，先在温度710℃的混合熔液表面上预热籽晶10分钟，浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温30分钟，快速降至温度700℃；
然后以温度2℃/天的速率降温，以28rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度25℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺寸为30mm×22mm×15mm的Na3B6O10Cl晶体。
反应式中的碳酸氢钠可以用碳酸钠或氧化钠或草酸钠或硝酸钠或氢氧化钠替换，氧化硼可由硼酸替换。
实施例12：
将实施例1-11所得任意的Na3B6O10Cl晶体，用于制备窗口(如图4所示)，红外窗口材料用在红外探测器和飞行器中的窗口、头罩或整流罩；或用于制备透镜，透镜可用于制备显微镜和望远镜中的凸透镜等(凸透镜的原理如图5所示)；或用于制备棱镜(如图6所示)，用Na3B6O10Cl晶体加工一个棱镜，改变光的进行方向，通过棱镜，能使物像看起来向棱镜顶的方向移动。
Claims (4)
1.一种化合物氯硼酸钠光学晶体，其特征在于该晶体的化学式为Na3B6O10Cl，分子量329.28，属正交晶系，空间群P212121，晶胞参数为a = 7.437(8)Å，b = 9.938(11)Å，c =12.804(14)Å，Z = 4，V = 946.3(18)Å3。
2.根据权利要求1所述的氯硼酸钠光学晶体的制备方法，采用助熔剂法生长氯硼酸钠光学晶体，具体操作按下列步骤进行：
a、将氯硼酸钠化合物单相多晶粉末与助熔剂按摩尔比1:1-12均匀混合，以温度1-30℃/h的升温速率加热至温度680-850℃，恒温5-100小时，得到混合熔液，其中助熔剂为PbO、NaCl-PbO、NaCl-Na2O、H3BO3-Na2O、H3BO3-PbO或NaCl-H3BO3；
或直接按摩尔比称取氯硼酸钠的原料，再将氯硼酸钠原料与助熔剂按摩尔比为1:1-12均匀混合，以温度1-30℃/h的升温速率加热至温度680-850℃，恒温5-100小时，得到混合熔液，其中氯硼酸钠原料中含钠化合物为碳酸钠、氧化钠，草酸钠，硝酸钠，氢氧化钠或碳酸氢钠；含氯化合物为氯化钠；含硼化合物为硼酸或三氧化二硼；助熔剂为PbO、NaCl-PbO、NaCl-Na2O、H3BO3-Na2O、H3BO3-PbO或NaCl-H3BO3；
b、将步骤a得到的混合熔液降至温度580-750℃，将籽晶杆下端伸入混合熔液液面下，以温度0.5-10℃/h的速率缓慢下降温度5-100℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆下端聚集有聚集物，再以温度8-10℃/h的速率降至室温，获得氯硼酸钠籽晶；
c、将盛有步骤a制得的混合熔液的坩埚置入晶体生长炉中，将步骤b得到的籽晶从晶体生长炉顶部下籽晶，先预热籽晶5-60分钟，将籽晶下至混合熔液液面或混合熔液中进行回熔，恒温5-60分钟，再以温度1-60℃/h的速率降至温度565-735℃；
d、再以温度0.1-5℃/天的速率降温，以0-100rpm的转速旋转籽晶杆或旋转坩埚进行晶体的生长，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度1-80℃/h的速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可得到氯硼酸钠光学晶体。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于助熔剂NaCl-PbO或NaCl-Na2O体系中氯化物与氧化物的摩尔比为1-5:2-6；H3BO3-Na2O或H3BO3-PbO体系中H3BO3与氧化物的摩尔比为1-5:1-6；NaCl-H3BO3体系中氯化钠与硼酸的摩尔比为1-5:0.1-6。
4.根据权利要求1所述的氯硼酸钠光学晶体在制备窗口、透镜或棱镜光学器件中的用途。
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