CN105714376A - 高低温相硼酸锶镉晶体及制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大尺寸高低温相硼酸锶镉晶体及制备方法和用途。该大尺寸高低温相晶体的化学式为SrCdB2O5，分子量301.64，低温相SrCdB2O5属正交晶系，空间群Pbca，晶胞参数为a=11.955(12)？，b=5.762(6)？，c=12.658(12)？，V=872.0(15)？3；高温相晶体属单斜晶系，空间群C2/c，晶胞参数为a=7.639(7)？，b=10.183(10)？，c=11.140(10)？，β=99.247(10)°，V=855.2(14)？3。采用高温熔液法生长晶体，该硼酸锶镉晶体机械硬度大，易于切割、抛光加工和保存，并且存在负热膨胀性，相变时体积负突变，高温相SrCdB2O5密度大于低温相SrCdB2O5密度，由于这一性质，在制备热敏器件以及零膨胀材料中得到广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种大尺寸高低温相硼酸锶镉晶体及制备方法和用途。
背景技术
绝大多数材料具有热胀冷缩的性质，热胀冷缩产生的应力常是期间疲劳、性能下降、失效甚至断裂和脱落的主要原因。较高的温度导致原子热运动更加剧烈，通常导致化合物的高温相较之低温相具有更大的体积以及更小的密度。而具有负热膨胀性质的化合物使剪裁材料的热学性质、制备任意膨胀系数的复合材料成为可能。因此，这种具有负热膨胀性的材料在航空航天、微电子、光电子、光通信、精密机械和燃料电池等领域具有广泛的应用前景，引起科学家的关注，使之成为材料科学的研究热点之一。
在研究中，发现了化合物SrCdB2O5具有不同寻常的体积负突变性。低温相SrCdB2O5属正交晶系，空间群Pbca，晶胞参数为 高温相SrCdB2O5属单斜晶系，空间群C2/c，晶胞参数为 高温相SrCdB2O5的体积比低温相SrCdB2O5的体积小，且高温相SrCdB2O5具有更大的密度，这是违反了热胀冷缩原理的。利用SrCdB2O5这一特殊的性质，可以制备具有特殊要求的热敏感器件以及零膨胀材料。
发明内容
本发明目的在于，提供一种大尺寸高低温相硼酸锶镉晶体及制备方法和用途，该晶体的化学式为SrCdB2O5，分子量301.64，低温相SrCdB2O5属正交晶系，空间群Pbca，晶胞参数为高温相SrCdB2O5属单斜晶系，空间群C2/c，晶胞参数为 采用高温熔液法生长大尺寸晶体。该硼酸锶镉晶体机械硬度大，易于切割、抛光加工和保存，并且存在负热膨胀性，相变时体积负突变，高温相SrCdB2O5密度大于低温相SrCdB2O5密度，由于这一性质，在制备热敏器件以及零膨胀材料中得到广泛应用。
本发明所述的高低温相硼酸锶镉晶体，该晶体的化学式为SrCdB2O5，分子量301.64，低温相SrCdB2O5属正交晶系，空间群Pbca，晶胞参数为 高温相SrCdB2O5属单斜晶系，空间群C2/c，晶胞参数为β＝99.247(10)°，
所述的高低温相硼酸锶镉晶体的制备方法，采用高温熔液法生长大尺寸高低温相硼酸锶镉晶体，具体操作按下列步骤进行：
a、将含锶、含镉的化合物和硼酸称取放入研钵中，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550℃，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，再升温至低温相630℃，高温相680℃，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，再升温至低温相650℃，高温相700℃，恒温48小时，取出经研磨制得高低温相硼酸锶镉化合物单相多晶粉末，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与高低温相硼酸锶镉SrCdB2O5单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
b、将高低温相硼酸锶镉化合物单相多晶粉末与助熔剂按摩尔比为1:1-6均匀混合，以温度1-30℃/h的升温速率加热至温度700-900℃，恒温5-80小时，得到混合熔液，再降温至650-820℃；
或直接将原料硝酸锶、氧化镉和硼酸与助熔剂按摩尔比为1:1:2:1-6混合均匀，以温度1-30℃/h的升温速率加热至温度700-900℃，恒温5-80小时，得到混合熔液，再降温至650-820℃；
c、制备高低温相硼酸锶镉籽晶：将步骤b得到的混合熔液以温度0.5-10℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得高低温相硼酸锶镉籽晶；
d、将盛有步骤b制得的混合熔液的坩埚置入晶体生长炉中，将步骤c得到的籽晶固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先预热籽晶5-60分钟，将籽晶下至接触混合熔液液面或混合熔液中进行回熔，恒温5-60分钟，以温度1-60℃/h的速率降至温度610-745℃；
e、再以温度0.1-5℃/天的速率缓慢降温，以0-60rpm转速旋转籽晶杆进行晶体的生长，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离混合熔液表面，并以温度1-80℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可得到大尺寸高低温相硼酸锶镉晶体。
步骤a中硼酸锶镉中含锶的化合物为氧化锶、硝酸锶、碳酸锶或氟化锶；含镉的化合物为氧化镉、氟化镉或硝酸镉。
步骤b所述助熔剂为NaF-H3BO3、H3BO3-Na2O、Na2O-PbO、LiF-PbO、NaF-PbO或H3BO3-PbO。
助熔剂NaF-H3BO3体系中NaF与H3BO3的摩尔比为1－5:3－6；LiF-PbO或NaF-PbO体系中氟化物与氧化铅的摩尔比为1－5:1－6；H3BO3-PbO或H3BO3-Na2O体系中硼酸与氧化物的摩尔比为2-5:1-5；Na2O-PbO体系中氧化钠与氧化铅的摩尔比为1－5:0.1－6。
所述的高低温相硼酸锶镉晶体在制备热敏感器件或零膨胀材料中的用途。
本发明提供的高低温相硼酸锶镉化合物，其化学式为SrCdB2O5；制备高低温相硼酸锶镉多晶化合物的化学反应式:
(1)SrO+CdO+2H3BO3→SrCdB2O5+3H2O↑
(2)SrO+CdF+2H3BO3→SrCdB2O5+2H2O↑+HF↑+0.5H2↑
(3)SrO+Cd(NO3)2+2H3BO3→SrCdB2O5+3H2O↑+2NO2↑+0.5O2↑
(4)Sr(NO3)2+CdO+2H3BO3→SrCdB2O5+3H2O↑+2NO2↑+0.5O2↑
(5)Sr(NO3)2+CdF+2H3BO3→SrCdB2O5+2.5H2O↑+HF↑+2NO2↑+0.5O2↑
(6)Sr(NO3)2+Cd(NO3)2+2H3BO3→SrCdB2O5+3H2O↑+4NO2↑+O2↑
(7)SrCO3+CdO+2H3BO3→SrCdB2O5+3H2O↑+CO2↑
(8)SrCO3+CdF+2H3BO3→SrCdB2O5+2H2O↑+HF↑+CO2↑+0.5H2↑
(9)SrCO3+Cd(NO3)2+2H3BO3→SrCdB2O5+3H2O↑+2NO2↑+CO2↑+0.5O2↑
(10)SrF+CdO+2H3BO3→SrCdB2O5+2H2O↑+HF↑+0.5H2↑
(11)SrF+CdF+2H3BO3→SrCdB2O5+H2O↑+2HF↑+H2↑
(12)SrF+Cd(NO3)2+2H3BO3→SrCdB2O5+3H2O↑+2NO2↑+HF↑
通过本发明所述方法获得的高低温相硼酸锶镉晶体具有硬度较大，机械性能好，不易碎裂和潮解，易于加工和保存等优点。
附图说明
图1为本发明所示的是一种熔凝双锥形耦合器元件图，其中1为负膨胀基片、2为第一光纤、3为第二光纤、4为第三光纤、5为第四光纤、6为第一连接口，7为第二连接口。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明：
实施例1：
按反应式：SrO+CdO+2H3BO3→SrCdB2O5+3H2O↑合成SrCdB2O5多晶化合物：
将SrO、CdO、H3BO3按摩尔比1:1:2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550℃，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，再升温至低温相630℃，高温相680℃，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，再升温至低温相650℃，高温相700℃，恒温48小时，取出经研磨制得高低温相硼酸锶镉化合物单相多晶粉末，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与高低温相硼酸锶镉SrCdB2O5单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
将得到的化合物高温相硼酸锶镉SrCdB2O5和低温相硼酸锶镉SrCdB2O5单相多晶粉末分别与助熔剂NaF-H3BO3按摩尔比SrCdB2O5:NaF-H3BO3＝1:3，其中NaF与H3BO3的摩尔比为3:4，进行混配，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，以温度30℃/h的升温速率加热至温度780℃，恒温15小时，得到混合熔液，再降温至735℃；
以温度0.5℃/h的速率缓慢降温至室温，自发结晶获得高低温相硼酸锶镉籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将获得的高温相SrCdB2O5和低温相硼酸锶镉SrCdB2O5籽晶分别固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先在混合熔液表面上预热籽晶10分钟，再浸入液面中，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温30分钟，快速降至温度低温相670℃，高温相720℃；
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，即获得尺寸为45mm×35mm×30mm的低温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体和40mm×37mm×28mm的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体。
实施例2：
按反应式：SrO+CdF+2H3BO3→SrCdB2O5+2H2O↑+HF↑+0.5H2↑直接制备晶体：
将SrO、CdF、H3BO3按摩尔比1:1:2直接称取原料，将称取的原料与助熔剂Na2O-H3BO3按摩尔比1:4进行混配，其中Na2O与H3BO3的摩尔比为2:5，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，升至温度745℃，恒温60小时，得到混合熔液，再冷却降温至温度715℃；
以温度1.5℃/h的速率缓慢降温至室温，自发结晶获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶；
将获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶分别固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先在混合熔液表面上预热籽晶10分钟，再浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温30分钟，快速降至温度低温相680℃，高温相730℃；
再以温度1℃/天的速率缓慢降温，以0rpm转速不旋转籽晶杆，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度20℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即获得尺寸为30mm×25mm×15mm的低温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体和32mm×25mm×25mm的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体。
实施例3：
按反应式：SrO+Cd(NO3)2+2H3BO3→SrCdB2O5+3H2O↑+2NO2↑+0.5O2↑合成硼酸锶镉SrCdB2O5多晶化合物：
将SrO、Cd(NO3)2、H3BO3按摩尔比1:1:2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，将其压紧，放入马弗炉中，缓慢升温至550℃，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(低温相630℃，高温相680℃)，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(低温相650℃，高温相700℃)，恒温48小时，取出经研磨制得高低温相硼酸锶镉化合物单相多晶粉末，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与高低温相硼酸锶镉SrCdB2O5单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
将合成的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5和低温相硼酸锶镉SrCdB2O5分别与助熔剂LiF-PbO按摩尔比1:5进行混配，其中LiF与PbO的摩尔比为1:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，升至温度720℃，恒温80小时，得到混合熔液，再降至温度660℃；
以温度2.5℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶；
将获得高温相相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶分别固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先在混合熔液表面上预热籽晶10分钟，再浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温20分钟，快速降至温度低温相650℃，高温相670℃；
再以温度2℃/天的速率缓慢降温，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30℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即获得尺寸为25mm×25mm×15mm的低温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体和30mm×35mm×20mm的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体。
实施例4：
按反应式：Sr(NO3)2+CdO+2H3BO3→SrCdB2O5+3H2O↑+2NO2↑+0.5O2↑直接制备晶体：
将Sr(NO3)2、CdO和H3BO3按摩尔比1:1:2直接称取原料，将称取的原料与助熔剂NaF-H3BO3按摩尔比1:3进行混配，其中NaF与H3BO3的摩尔比为1:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，升至温度765℃，恒温10小时，得到混合熔液，再冷却降至温度715℃；
以温度2.5℃/h的速率缓慢降温至室温，自发结晶获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶；
将获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶分别固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先在混合熔液表面上预热籽晶5分钟，再浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温5分钟，快速降至温度低温相670℃，高温相700℃；
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，即获得尺寸为25mm×15mm×22mm的低温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体和30mm×35mm×15mm的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体。
实施例5：
按反应式：Sr(NO3)2+CdF+2H3BO3→SrCdB2O5+2.5H2O↑+HF↑+2NO2↑+0.5O2↑直接制备晶体：
将Sr(NO3)2、CdF和H3BO3按摩尔比1:1:2直接称取原料，将称取的原料与助熔剂NaF-PbO按摩尔比1:6进行混配，其中NaF与PbO摩尔比为3:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，升至温度680℃，恒温60小时，得到混合熔液，再降至温度620℃；
以温度3.5℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶；
将获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶分别固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先在混合熔液表面上预热籽晶15分钟，再浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温30分钟，快速降至温度低温相610℃，高温相630℃；
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1℃/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35mm×15mm×20mm的低温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体和25mm×28mm×10mm的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体。
实施例6：
按反应式：Sr(NO3)2+Cd(NO3)2+2H3BO3→SrCdB2O5+3H2O↑+4NO2↑+O2↑直接制备晶体：
将Sr(NO3)2、Cd(NO3)2和H3BO3按摩尔比1:1:2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的开口铂坩埚中，升至温度650℃，恒温80小时，得到混合熔液，再降至温度615℃；
以温度5℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶；
将获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶分别固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先在混合熔液表面上预热籽晶20分钟，再浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温5分钟，快速降至温度低温相610℃，高温相640℃；
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，将晶体体离熔液表面，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35mm×15mm×22mm的低温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体和25mm×25mm×20mm的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体。
实施例7
按反应式：SrCO3+CdO+2H3BO3→SrCdB2O5+3H2O↑+CO2↑直接制备晶体：
将SrCO3、CdO、H3BO3按摩尔比1:1:2直接称取原料，将称取的原料与助熔剂NaF-PbO按摩尔比1:2进行混配，其中NaF与PbO摩尔比为3:2，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，升至温度760℃，恒温80小时，得到混合熔液，再降至温度710℃；
以温度10℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶；
将获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶分别固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先在混合熔液表面上预热籽晶25分钟，再浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温25分钟，快速降至温度低温相660℃，高温相700℃；
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25mm×30mm×23mm的低温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体和22mm×32mm×20mm的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体。
实施例8
按反应式：SrCO3+CdF+2H3BO3→SrCdB2O5+2H2O↑+HF↑+CO2↑+0.5H2↑合成SrCdB2O5多晶化合物；
将SrCO3、CdF2、H3BO3按摩尔比1:1:2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，将其压紧，放入马弗炉中，缓慢升温至550℃，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(低温相630℃，高温相680℃)，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(低温相650℃，高温相700℃)，恒温48小时，取出经研磨制得高低温相硼酸锶镉化合物单相多晶粉末，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与高低温相硼酸锶镉SrCdB2O5单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
然后将合成的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5和低温相硼酸锶镉SrCdB2O5分别与助熔剂Na2O-PbO按摩尔比1:4进行混配，其中Na2O与PbO摩尔比为2:2，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，升至温度770℃，恒温70小时，得到混合熔液，再降至温度725℃；
以温度4.0℃/h的速率缓慢降温至室温，自发结晶获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶；
将获得的高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶分别固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先在混合熔液表面上预热籽晶8分钟，再浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温8分钟，快速降至温度(低温相690℃，高温相720℃)；
再以温度0.8℃/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，将晶体体离熔液表面，以温度5℃/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28mm×20mm×18mm的低温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体和18mm×22mm×15mm的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体。
实施例9
按反应式：SrCO3+Cd(NO3)2+2H3BO3→SrCdB2O5+3H2O↑+2NO2↑+CO2↑+0.5O2↑合成SrCdB2O5多晶化合物：
将SrCO3、Cd(NO3)2、H3BO3按摩尔比1:1:2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，将其压紧，放入马弗炉中，缓慢升温至550℃，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(低温相630℃，高温相680℃)，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(低温相650℃，高温相700℃)，恒温48小时，取出经研磨制得高低温相硼酸锶镉化合物单相多晶粉末，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与高低温相硼酸锶镉SrCdB2O5单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
然后将合成的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5和低温相硼酸锶镉SrCdB2O5分别与助熔剂H3BO3-PbO按摩尔比1:4进行混配，H3BO与PbO摩尔比为2:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，升至温度630℃，恒温45小时，得到混合熔液，再降至温度620℃；
以温度6.5℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶；
将获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶分别固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先在混合熔液表面上预热籽晶15分钟，再浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温15分钟，快速降至温度低温相615℃，高温相645℃；
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，将晶体体离熔液表面，以温度80℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即获得尺寸为25mm×20mm×18mm的低温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体和20mm×22mm×15mm的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体。
实施例10
按反应式：SrF+CdO+2H3BO3→SrCdB2O5+2H2O↑+HF↑+0.5H2↑合成SrCdB2O5多晶化合物：
将SrF、CdO、H3BO3按摩尔比1:1:2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，将其压紧，放入马弗炉中，缓慢升温至550℃，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(低温相630℃，高温相680℃)，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(低温相650℃，高温相700℃)，恒温48小时，取出经研磨制得高低温相硼酸锶镉化合物单相多晶粉末，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与高低温相硼酸锶镉SrCdB2O5单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
将合成的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5和低温相硼酸锶镉SrCdB2O5分别与助熔剂NaF-PbO按摩尔比3:2进行混配，其中NaF与PbO摩尔比为2:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，升至温度900℃，恒温5小时得到混合熔液，再降至温度750℃；
以温度4.0℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶；
将获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶分别固定于籽晶杆上从晶体生长炉顶部下籽晶，先在混合熔液表面上预热籽晶20分钟，再浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温25分钟，快速降至温度(低温相715℃，高温相745℃)；
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，将晶体体离熔液表面，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25mm×25mm×18mm的低温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体和22mm×21mm×16mm的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体。
实施例11
按反应式：SrF+CdF+2H3BO3→SrCdB2O5+H2O↑+2HF↑+H2↑合成SrCdB2O5多晶化合物：
将SrF、CdF、H3BO3按摩尔比1:1:2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，将其压紧，放入马弗炉中，缓慢升温至550℃，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(低温相630℃，高温相680℃)，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(低温相650℃，高温相700℃)，恒温48小时，取出经研磨制得高低温相硼酸锶镉化合物单相多晶粉末，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与高低温相硼酸锶镉SrCdB2O5单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
将合成的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5和低温相硼酸锶镉SrCdB2O5分别与助熔剂Na2O-PbO按摩尔比3:2进行混配，其中Na2O与PbO摩尔比为2:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，升至温度900℃，恒温5小时得到混合熔液，再降至温度760℃；
以温度4.0℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶；
将获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉分别固定于籽晶杆上从晶体生长炉顶部下籽晶，先在混合熔液表面上预热籽晶20分钟，再浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温25分钟，快速降至温度低温相715℃，高温相745℃；
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，将晶体体离熔液表面，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25mm×30mm×22mm的低温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体和22mm×21mm×16mm的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体。
实施例12
按反应式：SrF+Cd(NO3)2+2H3BO3→SrCdB2O5+3H2O↑+2NO2↑+HF↑合成SrCdB2O5多晶化合物：
将SrF、Cd(NO3)2、H3BO3按摩尔比1:1:2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，将其压紧，放入马弗炉中，缓慢升温至550℃，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(低温相630℃，高温相680℃)，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(低温相650℃，高温相700℃)，恒温48小时，取出经研磨制得高低温相硼酸锶镉化合物单相多晶粉末，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与高低温相硼酸锶镉SrCdB2O5单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
将合成的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5和低温相硼酸锶镉SrCdB2O5分别与助熔剂Na2O-PbO按摩尔比3:2进行混配，其中Na2O与H3BO3摩尔比为2:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，升至温度900℃，恒温5小时得到混合熔液，再降至温度740℃；
以温度4.0℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶；
将获得高温相硼酸锶镉籽晶和低温相硼酸锶镉籽晶分别固定于籽晶杆上从晶体生长炉顶部下籽晶，先在混合熔液表面上预热籽晶20分钟，再浸入液面下，使籽晶在混合熔液中进行回熔，恒温25分钟，快速降至温度低温相705℃，高温相735℃；
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，将晶体体离熔液表面，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25mm×18mm×27mm的低温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体和22mm×21mm×16mm的高温相硼酸锶镉SrCdB2O5晶体。
实施例13
所述的高低温相硼酸锶镉晶体在制备热敏感器件或零膨胀材料中的用途：
附图1为高低温相硼酸锶镉晶体在制备热敏感器件中的用途，显示的是一种熔凝双锥形耦合器元件，是由负膨胀基片1、第一光纤2、第二光纤3、第三光纤4、第四光纤5、第一连接口6，第二连接口7组成，负膨胀基片1是由低温相硼酸锶镉晶体研磨后得到粉末制作而成，在负膨胀基片1两端通过第一连接口6和第二连接口7连接第一光纤2和第二光纤3，在第一光纤2和第二光纤3的中部经熔凝后形成单根的第三光纤4和第四光纤5，波导可制作在例如光纤或平面基片上，这种波导是热敏的，所以具有一定的热不稳定性，将其安装在负热膨胀基片上可使之绝热化。
高低温相硼酸锶镉晶体在制备零膨胀材料中的用途，本发明涉及的高低温相硼酸锶镉晶体经研磨得到纯相的高低温相硼酸锶镉粉末，该粉末可以结合其他普通的热膨胀材料来制作具有零膨胀性质的特殊材料。
Claims (6)
1.高低温相硼酸锶镉晶体，其特征在于该晶体的化学式为SrCdB2O5，分子量301.64，低温相SrCdB2O5属正交晶系，空间群Pbca，晶胞参数为a = 11.955(12)Å，b = 5.762(6) Å，c = 12.658(12)Å，V= 872.0(15)Å3；高温相SrCdB2O5属单斜晶系，空间群C2/c，晶胞参数为a = 7.639(7)Å，b = 10.183(10) Å，c = 11.140(10)Å，β= 99.247(10)°， V= 855.2(14)Å3。
2.根据权利要求1所述的高低温相硼酸锶镉晶体的制备方法，其特征在于采用高温熔液法生长大尺寸高低温相硼酸锶镉晶体，具体操作按下列步骤进行：
a、将含锶、含镉的化合物和硼酸称取放入研钵中，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550℃，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，再升温至低温相630℃，高温相680℃，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，再升温至低温相650℃，高温相700℃，恒温48小时，取出经研磨制得高低温相硼酸锶镉化合物单相多晶粉末，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与高低温相硼酸锶镉SrCdB2O5单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
b、将高低温相硼酸锶镉化合物单相多晶粉末与助熔剂按摩尔比为1:1-6均匀混合，以温度1-30℃/h的升温速率加热至温度700-900℃，恒温5-80小时，得到混合熔液，再降温至温度650-820℃；
或直接将原料硝酸锶、氧化镉和硼酸与助熔剂按摩尔比为1:1:2:1-6混合均匀，以温度1-30℃/h的升温速率加热至温度700-900℃，恒温5-80小时，得到混合熔液，再降温至650-820℃；
c、制备高低温相硼酸锶镉籽晶：将步骤b得到的混合熔液以温度0.5-10℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得高低温相硼酸锶镉籽晶；
d、将盛有步骤b制得的混合熔液的坩埚置入晶体生长炉中，将步骤c得到的籽晶固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先预热籽晶5-60分钟，将籽晶下至接触混合熔液液面或混合熔液中进行回熔，恒温5-60分钟，以温度1-60℃/h的速率降至温度610-745℃；
e、再以温度0.1-5℃/天的速率缓慢降温，以0-60rpm转速旋转籽晶杆进行晶体的生长，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离混合熔液表面，并以温度1-80℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可得到大尺寸高低温相硼酸锶镉晶体。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于步骤a中硼酸锶镉中含锶的化合物为氧化锶、硝酸锶、碳酸锶或氟化锶；含镉的化合物为氧化镉、氟化镉或硝酸镉。
4.根据权利要求2所述方法，其特征在于步骤b所述助熔剂为NaF-H3BO3、H3BO3-Na2O、Na2O-PbO、LiF-PbO、NaF-PbO或H3BO3-PbO。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于助熔剂NaF-H3BO3体系中NaF与H3BO3的摩尔比为1－5:3－6；LiF-PbO或NaF-PbO体系中氟化物与氧化铅的摩尔比为1－5:1－6；H3BO3-PbO或H3BO3-Na2O体系中硼酸与氧化物的摩尔比为2-5:1-5；Na2O-PbO体系中氧化钠与氧化铅的摩尔比为1－5:0.1－6。
6.根据权利要求1所述的高低温相硼酸锶镉晶体在制备热敏器件或零膨胀材料中的用途。
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