CN105839178B - 一种铌酸锂单晶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铌酸锂单晶的制备方法，它包括以下步骤：(a)将氧化铌和碳酸锂按质量比为79.1～79.2∶20.8～20.9进行混合，加水后压成块状混合物；(b)将块状混合物加入第一加热炉中，以8～10℃/分钟的速度将加热炉由室温升温至1150℃，保温1.5～2小时得初产品；(c)将所述初产品加入坩埚中，置于第二加热炉中，调整籽晶杆使其与坩埚同心，加热使其熔化，随后降温至1330～1350℃，调节所述籽晶杆的转速为8～15转/分钟，并将其下端的籽晶降至熔融液中接种引晶，当晶种直径扩张至20～30mm时，以4～6mm/小时的速度向上提拉，进行生长。通过精确控制其原料比例、工艺步骤和升温方式等，能够制得纯度高、成分均匀的近化学计量比铌酸锂晶体。

Description

一种铌酸锂单晶的制备方法
技术领域
本发明化学晶体领域，具体涉及一种铌酸锂单晶的制备方法。
背景技术
铌酸锂晶体是一种集压电、铁电、热释电、非线性、电光、光弹、光折变等性能于一体的多功能材料，具有良好的热稳定性和化学稳定性，可以利用提拉法生长出大尺寸晶体，而且易于加工，成本低，是少数经久不衰、并不断开辟应用新领域的重要功能材料。目前，已经在红外探测器、激光调制器、光通讯调制器、光学开关、光参量振荡器、集成光学元件、高频宽带滤波器、窄带滤波器、高频高温换能器、微声器件、激光倍频器、自倍频激光器、光折变器件(如高分辨的全息存储)、光波导基片和光隔离器等方面获得了广泛的实际应用，被公认为光电子时代光学硅的主要侯选材料之一。
铌酸锂单晶的制备通常以提拉法为主，即以碳酸锂、五氧化二铌为原料制备铌酸锂。将碳酸锂和五氧化二铌放入铂金坩埚中，沿(001)方向生长晶体。为得到优质无色透明圆柱体，必须在晶体生长的两个方向的两个端面的温度略高于居里温度时，再加一个适当大小的电场，形成晶体后将晶体冷却至室温，即制得铌酸锂晶体。该方法制得的铌酸锂晶体铌和锂的化学计量配比差别较大。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种铌酸锂单晶的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种铌酸锂单晶的制备方法，它包括以下步骤：
(a)将氧化铌和碳酸锂按质量比为79.1～79.2∶20.8～20.9进行混合，加水后压成块状混合物；
(b)将块状混合物加入第一加热炉中，以8～10℃/分钟的速度将加热炉由室温升温至1150℃，保温1.5～2小时得初产品；
(c)将所述初产品加入坩埚中，置于第二加热炉中，调整籽晶杆使其与坩埚同心，加热使其熔化，随后降温至1330～1350℃，调节所述籽晶杆的转速为8～15转/分钟，并将其下端的籽晶降至熔融液中接种引晶，当晶种直径扩张至20～30mm时，以4～6mm/小时的速度向上提拉，进行生长。
优化地，它还包括步骤(d)将步骤(c)得到的晶体以80～100℃/小时的速度升温至800℃，保温5～10小时；再以50～60℃/小时的速度升温至1100～1150℃，保温8～10小时；以80～100℃/小时的速度降温至200℃，保温8～10小时后自然冷却至室温。
进一步地，步骤(d)中，当升温至1100～1150℃后，对晶体通电，待无极化电流时停止通电。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明一种铌酸锂单晶的制备方法，通过精确控制其原料比例、工艺步骤和升温方式等，能够制得纯度高、成分均匀的近化学计量比铌酸锂晶体，从而提高电光系数和非线性光学系数。
具体实施方式
下面将对本发明优选实施方案进行详细说明：
实施例1
本实施例提供一种铌酸锂单晶的制备方法，它包括以下步骤：
(a)将氧化铌和碳酸锂按质量比为79.1∶20.9进行混合，加水后压成块状混合物(水的质量对产品质量不构成影响，可以根据个人经验或者现有知识自行选择)；
(b)将块状混合物加入第一加热炉中，以8℃/分钟的速度将加热炉由室温升温至1150℃，保温1.5小时得初产品；
(c)将初产品加入坩埚中，置于第二加热炉中，调整籽晶杆使其与坩埚同心，加热至1360℃使其熔化，随后降温至1330℃，调节籽晶杆的转速为8转/分钟，并将其下端的籽晶降至熔融液中接种引晶，当晶种直径扩张至20mm时，以4mm/小时的速度向上提拉，进行生长。生长得到的晶片完整无开裂，经研磨、抛光，然后用显微拉曼分析，晶片的组分[Li]/[Li+Nb]＝49.8％，非常接近化学计量配比。
实施例2
本实施例提供一种铌酸锂单晶的制备方法，它包括以下步骤：
(a)将氧化铌和碳酸锂按质量比为79.2∶20.8进行混合，加水后压成块状混合物；
(b)将块状混合物加入第一加热炉中，以10℃/分钟的速度将加热炉由室温升温至1150℃，保温2小时得初产品；
(c)将初产品加入坩埚中，置于第二加热炉中，调整籽晶杆使其与坩埚同心，加热至1360℃使其熔化，随后降温至1350℃，调节所述籽晶杆的转速为15转/分钟，并将其下端的籽晶降至熔融液中接种引晶，当晶种直径扩张至30mm时，以6mm/小时的速度向上提拉，进行生长；
(d)将步骤(c)得到的晶体以80℃/小时的速度升温至800℃，保温5小时；再以50℃/小时的速度升温至1100℃，保温8小时；以80℃/小时的速度降温至200℃，保温8小时后自然冷却至室温。生长得到的晶片完整无开裂，经研磨、抛光，然后用显微拉曼分析，晶片的组分[Li]/[Li+Nb]＝49.9％，非常接近化学计量配比。
实施例3
本实施例提供一种铌酸锂单晶的制备方法，它包括以下步骤：
(a)将氧化铌和碳酸锂按质量比为79.187∶20.813进行混合，加水后压成块状混合物；
(b)将块状混合物加入第一加热炉中，以9℃/分钟的速度将加热炉由室温升温至1150℃，保温1.8小时得初产品；
(c)将初产品加入坩埚中，置于第二加热炉中，调整籽晶杆使其与坩埚同心，加热使其熔化，随后降温至1340℃，调节所述籽晶杆的转速为10转/分钟，并将其下端的籽晶降至熔融液中接种引晶，当晶种直径扩张至25mm时，以5mm/小时的速度向上提拉，进行生长；
(d)将步骤(c)得到的晶体以100℃/小时的速度升温至800℃，保温10小时；再以60℃/小时的速度升温至1150℃，保温10小时(升温至1150℃时对晶体通电，待无极化电流时停止通电，通电电流为0.25mA/cm2×晶体长度×晶体直径)；以100℃/小时的速度降温至200℃，保温10小时后自然冷却至室温。生长得到的晶片完整无开裂，经研磨、抛光，然后用显微拉曼分析，晶片的组分[Li]/[Li+Nb]＝49.95％，非常接近化学计量配比。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种铌酸锂单晶的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(a)将氧化铌和碳酸锂按质量比为79.187∶20.813进行混合，加水后压成块状混合物；
(b)将块状混合物加入第一加热炉中，以9℃/分钟的速度将加热炉由室温升温至1150℃，保温1.8小时得初产品；
(c)将所述初产品加入坩埚中，置于第二加热炉中，调整籽晶杆使其与坩埚同心，加热使其熔化，随后降温至1340℃，调节所述籽晶杆的转速为10转/分钟，并将其下端的籽晶降至熔融液中接种引晶，当晶种直径扩张至25mm时，以5mm/小时的速度向上提拉，进行生长；
(d)将步骤(c)得到的晶体以100℃/小时的速度升温至800℃，保温10小时；再以60℃/小时的速度升温至1150℃，保温10小时，同时对晶体通电，待无极化电流时停止通电，通电电流为0.25mA/cm2×晶体长度×晶体直径；以100℃/小时的速度降温至200℃，保温10小时后自然冷却至室温。
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