CN114214722A - 一种高质量大尺寸lbo晶体的制备方法 - Google Patents

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张婷婷
陈立功
谭云东
杜曰强
方治文
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Abstract

本发明涉及一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，属于晶体制备的技术领域。本发明是将原料混合均匀后置于带盖的坩埚中，然后将其置于晶体生长炉内，升温化料；种晶后，采用向上提拉的生长方式，经过程序降温生长获得高质量的LBO晶体；所述原料包括碳酸锂和硼酸。本发明通过在坩埚上加盖子的方法可以有效避免环境污染物进入熔液中，减少挥发物的形成和损失；同时在晶体生长过程中通过控制一定向上提拉速度，有效避免了晶体包料和开裂现象，获得高质量LBO晶体。

Description

一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法
技术领域
本发明涉及晶体制备的技术领域，具体涉及一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法。
背景技术
三硼酸锂(LiB3O5，简称LBO)是一种性能优良的非线性光学材料，它具有足够大的非线性系数，在室温下能够实现相位匹配，不潮解、化学性能稳定、硬度适中，因此它在近红外、可见光和紫外波段高功率脉冲激光的倍频、合频、参量振荡和放大器件等领域中有广阔的应用前景。
随着LBO晶体在固体激光变频领域中的应用的增加，目前对LBO晶体的尺寸和质量的要求也随之提高。现阶段，LBO晶体生长多采用助熔剂法，选用氧化硼为自助熔剂体系时因熔体粘度较大，生长较为困难，很难生长得到高质量晶体；另外传统的LBO晶体生长过程中采取坩埚敞口的方式，这种方法虽然有利于随时观察晶体生长的情况，但是在一定程度上会引入杂质，引起晶体生长缺陷，不利于获取大尺寸高质量的LBO晶体。
发明内容
针对现有技术中制备大尺寸LBO晶体时晶体生长困难、杂质影响晶体质量等不足，本发明提供一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，以解决上述技术问题。
本发明的技术方案为：
一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，将原料混合均匀后置于带盖的坩埚中，然后将其置于晶体生长炉内，升温化料；种晶后，采用向上提拉的生长方式，经过程序降温生长获得高质量的LBO晶体；所述原料包括碳酸锂和硼酸。
优选的，原料中还包括助熔剂，所述助熔剂为氧化钼和氧化钨的混合物。
优选的，所述助熔剂为氧化钼与氧化钨摩尔比为1:1的混合物。
优选的，所述碳酸锂和硼酸的摩尔比为1:2～4。
优选的，所述碳酸锂和硼酸用量摩尔量的总和与助熔剂用量摩尔量总和之比为1.5～3:1。
优选的，所述化料的温度为850～950℃，化料的时间为18～30h。
优选的，所述坩埚为铂金坩埚。
优选的，所述向上提拉的速度为0.01～0.1mm/h。
优选的，晶体生长周期内，前期降温速率为0.2℃/day，后期降温速率为0.5℃/day，生长周期100天，晶体转动的速度20～40r/min。
优选的，晶体转动的方向为单向旋转或者双向旋转。
本发明的有益效果为：
(1)通过在坩埚上加盖子的方法可以有效避免环境污染物进入熔液中，减少挥发物的形成和损失，从而避免晶体发生生长缺陷，同时使晶体生长过程中不受温度变化的影响，获得的LBO晶体不易碎裂，有利于提高LBO晶体的质量。
(2)种晶后，开始采用向上提拉生长方式，经过程序降温生长直至晶体生长结束，可获得内部包体少，光学均匀性好的高质量LBO晶体。
(3)晶体生长过程中通过控制一定向上提拉速度，有效避免了晶体包料和开裂现象，获得高质量LBO晶体。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将分别称取分析纯级别的Li2CO3 1250g、H3BO3 2110g、MoO3 2110g、WO3 3696g，混合均匀后，装入到铂金坩埚中，将其置于晶体生长炉中，然后盖铂金坩埚盖。
(2)设置升温程序，加热至950℃，恒温烧料24h，使上述物料完全熔化。
(3)缓慢冷却温度至饱和点720℃之上，然后下入籽晶。将籽晶下入到熔液表面下1mm的位置，执行降温程序开始晶体生长。
(4)前20天生长降温速率为0.2℃/day，从第20天开始，降温速率为0.5℃/day，以0.03mm/h的速度向上提拉生长，经过100天晶体生长结束，把晶体提离液面，以每小时20℃的速度缓慢降温到室温，最后获得的LBO晶体尺寸大小为130×120×80mm3，重量为900克。
实施例2
一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将分别称取分析纯级别的Li2CO3 1250g、H3BO3 2618g、MoO3 2160g、WO3 3480g，混合均匀后，装入到铂金坩埚中，将其置于晶体生长炉中，然后盖铂金坩埚盖。
(2)设置升温程序，加热至950℃，恒温烧料24h，使上述物料完全熔化。
(3)缓慢冷却温度至饱和点725℃之上，然后下入籽晶尝试寻找准确的饱和点温度。将籽晶下入到熔液表面下1mm的位置，执行降温程序开始晶体生长。
(4)前25天生长降温速率为0.2℃/day，从第25天开始，降温速率为0.5℃/day，以0.03mm/h的速度向上提拉生长，经过110天晶体生长结束，把晶体提离液面，以每小时20℃的速度缓慢降温到室温，最后获得的LBO晶体尺寸大小为135×120×85mm3，重量为950克。
实施例3
一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将分别称取分析纯级别的Li2CO3 1250g、H3BO3 3141g、MoO3 1946g、WO3 3135g，混合均匀后，装入到铂金坩埚中，将其置于晶体生长炉中，然后盖铂金坩埚盖。
(2)设置升温程序，加热至950℃，恒温烧料24h，使上述物料完全熔化。
(3)缓慢冷却温度至饱和点730℃之上，然后下入籽晶尝试寻找准确的饱和点温度。将籽晶下入到熔液表面下1mm的位置，执行降温程序开始晶体生长。
(4)前30天生长降温速率为0.2℃/day，从第30天开始，降温速率为0.5℃/day，以0.03mm/h的速度向上提拉生长，经过120天晶体生长结束，把晶体提离液面，以每小时20℃的速度缓慢降温到室温，最后获得的LBO晶体尺寸大小为140×130×85mm3，重量为1000克。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，其特征在于，将原料混合均匀后置于带盖的坩埚中，然后将坩埚置于晶体生长炉内，升温化料；种晶后，采用向上提拉的生长方式，经过程序降温生长获得高质量的LBO晶体；所述原料包括碳酸锂和硼酸。
2.如权利要求1所述的一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，其特征在于，原料中还包括助熔剂，所述助熔剂为氧化钼和氧化钨的混合物。
3.如权利要求2所述的一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，其特征在于，所述助熔剂为氧化钼与氧化钨摩尔比为1:1的混合物。
4.如权利要求1所述的一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，其特征在于，所述碳酸锂和硼酸的摩尔比为1:2～4。
5.如权利要求2所述的一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，其特征在于，所述助熔剂用量摩尔量总和与碳酸锂和硼酸用量摩尔量的总和之比为1.5～3:1。
6.如权利要求1所述的一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，其特征在于，所述化料的温度为850～950℃，化料的时间为18～30h。
7.如权利要求1所述的一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，其特征在于，所述坩埚为铂金坩埚。
8.如权利要求1所述的一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，其特征在于，所述向上提拉的速度为0.01～0.1mm/h。
9.如权利要求1所述的一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，其特征在于，晶体生长周期内，前期降温速率为0.2℃/day，后期降温速率为0.5℃/day，生长周期100天，晶体转动的速度20～40r/min。
10.如权利要求9所述的一种高质量大尺寸LBO晶体的制备方法，其特征在于，晶体转动的方向为单向旋转或者双向旋转。
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