CN108893778A - 一种abo3混合晶体及生长方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种ABO3晶体及其生长方法，晶体化学式：Y0.5La0.5Al0.5B0.5O3(YLABP)，生长工艺步骤如下：采用中频感应加热提拉法生长该晶体，发热体为铱金坩埚，原料经焙烧后按比例称量：原料经称配，研混均匀后经等静压机压制成块，在1300℃的高温下烧结发生固相反应，烧结好的原料放在干燥箱内保存；分别用氧化锆和氧化铝做保温罩和保温材料，用宝石片封住观察口，生长过程炉膛内部采用惰性气体保护，晶体生长温度为1850℃，提拉速度0.1～5mm/h，晶体转速5～30rpm。本发明能克服传统YAP和LaBO3因相变导致晶体容易开裂的生长困难，成为较易生长性能优良的激光晶体和闪烁晶体。

Description

一种ABO3混合晶体及生长方法
技术领域
本发明涉及新型晶体，特别是一种新型ABO3混合晶体Y0.5La0.5Al0.5B0.5O3及生长方法。
背景技术
在Y2O3-Al2O3体系相图中，YAG和YAP是两种性能优良的激光晶体。相图显示：YAP相只在接近熔点的高温区是稳定的。低于1820度C时要分解为Y4Al2O9和Y3Al5O12两个相。YAP的激光输出为线偏振。Nd:YAP的1340nm激光性能优于Nd:YAG，在生物医疗，环境监测，军事应用领域有开发需求。因晶体难生长而应用开发受到影响。Tm:YAP是LD泵浦的2微米优选激光晶体。Ho:Er:Tm:Cr:YAP性能优于Ho:Tm:Cr:YAG，在2微米医疗激光应用领域将大有作为。Ce:YAP也是个重要而实用的的高温闪烁晶体。
YAP是正交(斜方)晶系钙钛矿结构。其晶格常数为：a＝5.18A，b＝5.31A，c＝7.35A。(c轴偏长)YAP这种结构的不对称性，导致晶体在生长和退火过程中极易相变或开裂。YAP在生长过程中，若不采取特殊的生长装置和退火工艺，透明单晶会因相变成为不透明“大理石”状多晶或开裂。
新世纪以来又发展出LaBO3激光新晶体。它与YAP属于同结构晶体。
在国外研究报道的基础上，福建物构所采用熔盐提拉法(以Li3BO3为助溶剂)生长出20x10mm晶体。该晶体用于LD泵浦激光器性能优于YVO4。但LaBO3晶体生长也较难。LaBO3的晶格常数是：a＝6.348A，b＝5.084A，c＝4.186A(c轴偏短)，它的各向异性也是晶体较难生长的结构原因。研究发现，若将YAlO3与LaBO3两者混合，组成ABO3型混合新晶体：Y0.5La0.5Al0.5B0.5O3,这种混合新晶体的晶格常数竟然接近等轴(准立方)：a＝5.764A，b＝5.197A，c＝(7.35+4.186)/2＝5.768A。据此，这种混合新晶体可以避开相变，开裂等生长难关，成为较易生长性能优良的激光和闪烁新晶体。
发明内容
为了解决上述YAlO3和LaBO3晶体制备困难的主要矛盾，对晶格常熟补偿技术；对基质采用离子置换技术进行改进，具体方法如下:将YAlO3与LaBO3两者混合，组成ABO3型混合新晶体(Y0.5La0.5Al0.5B0.5O3),这种混合新晶体的晶格常数竟然接近等轴(准立方)：a＝5.764A，b＝5.197A，c＝(7.35+4.186)/2＝5.768A。这种混合新晶体可以避开相变，开裂等生长难关，成为较易生长性能优良的激光和闪烁新晶体，又基本保留YAP和LaAlO3的优良品种优势。
本发明的技术解决方案如下：
一种新型ABO3混合晶体，特点在于其采用熔体法生长的，其化学式为：
Y0.5La0.5Al0.5B0.5O3
一种新型Y0.5La0.5Al0.5B0.5O3混合晶体及生长方法，该方法包括以下步骤：
①原料配方：
Y0.5La0.5Al0.5B0.5O3晶体采用Y2O3(5N)、La2O3(5N)、Al2O3(5N)、B2O3(4N)作为初始原料，并按摩尔比1:1:1:1进行配料。
②采用熔体法生长Y0.5La0.5Al0.5B0.5O3混合晶体：
先将各高纯氧化物粉末在空气中预干燥，除去吸附水，烘料温度为1000℃。按摩尔比称量Y2O3(5N)、La2O3(5N)、Al2O3(5N)、B2O3(4N)原料(N表示原料的纯度)，原料经充分混合均匀后，用等静压机压制成所需规格和尺寸的块料，然后装入氧化铝坩埚内，放进马弗炉中烧结，10个小时从室温升温至1300℃，恒温10个小时后经10小时降温至室温，将烧结好的块料取出封装，放入干燥箱备用。
所述的熔体法为提拉法，所述的坩埚为铱金坩埚，籽晶为<111>或<100>方向的纯YAG单晶棒，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。提拉速度为0.1～5mm/h，旋转速度为5～30rpm。
所述的熔体法为坩埚下降法，所述的坩埚材料采用高纯石墨，坩埚底部可以不放籽晶，或放入上述提拉法中所述的纯YAP籽晶，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。坩埚下降速率为0.1～1.5mm/h。
所述的熔体法为温度梯度法，坩埚材料采用高纯石墨，坩埚底部可以不放籽晶，或放入上述提拉法中所述的纯YAP籽晶，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。使晶体以生长速率为1～50℃/h的降温速率进行分段降温生长晶体。
本发明的技术效果：
YAlO3和LaBO3两者的混晶组成的新型晶体。混合新晶体的熔点低于YAP。La的十二面体格位可以置换各种三价稀土离子。掺杂分凝系数接近1。晶体生长比YAP和LaBO3容易。808nm的吸收线宽将优于YAG和YAP，是LD泵浦的优选激光新品种。
具体实施方式
下面通过具体实施对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1：提拉法生长Nd3+离子掺杂浓度为1at％的Nd0.01Y0.5La0.49Al0.5B0.5O3闪烁晶体。
先将各高纯氧化物粉末在空气中适当的预干燥，除去吸附水，在1000℃下灼烧10h，然后将Nd2O3(5N)、Y2O3(5N)、La2O3(5N)、Al2O3(5N)、B2O3(4N)原料按照摩尔比进行称量配料。混合均匀后用等静压机压制成块，放于铱坩埚内，采用提拉法生长晶体，籽晶为纯YAP单晶棒，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。晶体的提拉速度为0.5～1mm/h,转速为5～30rpm,控制晶体凸界面生长，所有晶体生长都经过装炉→抽真空→充氩气→升温化料→烤晶种→下种→缩颈→放肩→等径生长→提脱和降温等过程。整个生长周期约7天。
实施例2：提拉法生长Yb3+离子掺杂浓度为1at％的Yb0.01Y0.5La0.49Al0.5B0.5O3闪烁晶体。
先将各高纯氧化物粉末在空气中适当的预干燥，除去吸附水，在1000℃下灼烧10h，然后将Yb2O3(5N)、Y2O3(5N)、La2O3(5N)、Al2O3(5N)、B2O3(4N)原料按照摩尔比进行称量配料。混合均匀后用等静压机压制成块，放于铱坩埚内，采用提拉法生长晶体，籽晶为纯YAP单晶棒，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。晶体的提拉速度为0.5～1mm/h,转速为5～30rpm,控制晶体凸界面生长，所有晶体生长都经过装炉→抽真空→充氩气→升温化料→烤晶种→下种→缩颈→放肩→等径生长→提脱和降温等过程。整个生长周期约7天。
实施例3：提拉法生长Ho3+离子掺杂浓度为1at％的Ho0.01Y0.5La0.49Al0.5B0.5O3闪烁晶体。
先将各高纯氧化物粉末在空气中适当的预干燥，除去吸附水，在1000℃下灼烧10h，然后将Ho2O3(5N)、Y2O3(5N)、La2O3(5N)、Al2O3(5N)、B2O3(4N)原料按照摩尔比进行称量配料。混合均匀后用等静压机压制成块，放于铱坩埚内，采用提拉法生长晶体，籽晶为纯YAP单晶棒，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。晶体的提拉速度为0.5～1mm/h,转速为5～30rpm,控制晶体凸界面生长，所有晶体生长都经过装炉→抽真空→充氩气→升温化料→烤晶种→下种→缩颈→放肩→等径生长→提脱和降温等过程。整个生长周期约7天。
实施例4：提拉法生长Tm3+离子掺杂浓度为1at％的Tm0.01Y0.5La0.49Al0.5B0.5O3闪烁晶体。
先将各高纯氧化物粉末在空气中适当的预干燥，除去吸附水，在1000℃下灼烧10h，然后将Tm2O3(5N)、Y2O3(5N)、La2O3(5N)、Al2O3(5N)、B2O3(4N)原料按照摩尔比进行称量配料。混合均匀后用等静压机压制成块，放于铱坩埚内，采用提拉法生长晶体，籽晶为纯YAP单晶棒，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。晶体的提拉速度为0.5～1mm/h,转速为5～30rpm,控制晶体凸界面生长，所有晶体生长都经过装炉→抽真空→充氩气→升温化料→烤晶种→下种→缩颈→放肩→等径生长→提脱和降温等过程。整个生长周期约7天。
实施例5：提拉法生长Er3+离子掺杂浓度为1at％的Er0.01Y0.5La0.49Al0.5B0.5O3闪烁晶体。
先将各高纯氧化物粉末在空气中适当的预干燥，除去吸附水，在1000℃下灼烧10h，然后将Er2O3(5N)、Y2O3(5N)、La2O3(5N)、Al2O3(5N)、B2O3(4N)原料按照摩尔比进行称量配料。混合均匀后用等静压机压制成块，放于铱坩埚内，采用提拉法生长晶体，籽晶为纯YAP单晶棒，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。晶体的提拉速度为0.5～1mm/h,转速为5～30rpm,控制晶体凸界面生长，所有晶体生长都经过装炉→抽真空→充氩气→升温化料→烤晶种→下种→缩颈→放肩→等径生长→提脱和降温等过程。整个生长周期约7天。

Claims (3)

1.一种ABO3混合晶体，其特征在于：分子式Y0.5La0.5Al0.5B0.5O3。
2.一种权利要求1所述的分子式的Y0.5La0.5Al0.5B0.5O3激光晶体的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：
(1)采用中频感应加热提拉法生长Y0.5La0.5Al0.5B0.5O3晶体，发热体为铱金坩埚，原料经焙烧后按下式比例进行称量：
Y2O3+Al2O3+La2O3+B2O3＝2Y0.5La0.5Al0.5B0.5O3
(2)原料经称配，研混均匀后包装，用等静压压成圆柱状并在1300℃的高温下烧结发生固相反应，烧结好的原料封装好放在干燥箱内保存备用；
(3)分别用氧化锆和氧化铝做保温材料，用蓝宝石片作为观察窗口，在惰性气体保护下生长晶体，生长温度约1850℃，提拉速度0.1～5mm/h，晶体转速5～30rpm，生长Y0.5La0.5Al0.5B0.5O3晶体。
3.根据权利要求2所述的Y0.5La0.5Al0.5B0.5O3晶体的制备方法，其特征是，所用原料的纯度为：Y2O3≥99.999％，La2O3≥99.999％，B2O3≥99.99％，Al2O3≥99.999％。
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