CS235858B1 - Způsob pěstování hlinitoyttritého granátu - Google Patents

Abstract

Způsob pěstování monokrystalů hlinitoyttritého granátu uskladněním tvorby krystalové mřížky k jednodušší přípravě výchozí suroviny, v níž poměr oxidu hlinitého' a yttriteho nemusí být zcela přesně definován , jednak k možnosti zvýšit růstovou rychlost bez poklesu jakosti monokrystalu, čehož se dosáhne tím, že tavenina obsahující oxidy hliníku, yttria a případného dopantu jako je neodym nebo cer, obsahuje ještě alespoň 5.10“* hmot. % prvku, který tvoří trojmocné a čtyřmocné kationty a pěstuje se j)od atmosférou-tvořenou vodíkem o parciálním tlaku 0,005 až 0,1 MPa a vodní páru o parciálním tlaku 0,0005 až 0,01 MPa a uvedenými prvky jsou titan, cer nebo molybden.

Description

(54)

Způsob pěstování hlinitoyttritého granátu

Způsob pěstování monokrystalů hlinitoyttritého granátu uskladněním tvorby krystalové mřížky k jednodušší přípravě výchozí suroviny, v níž poměr oxidu hlinitého' a yttriteho nemusí být zcela přesně definován , jednak k možnosti zvýšit růstovou rychlost bez poklesu jakosti monokrystalu, čehož se dosáhne tím, že tavenina obsahující oxidy hliníku, yttria a případného dopantu jako je neodym nebo cer, obsahuje ještě alespoň 5.10“* hmot.

% prvku, který tvoří trojmocné a čtyřmocné kationty a pěstuje se j)od atmosférou-tvořenou vodíkem o parciálním tlaku 0,005 až 0,1 MPa a vodní páru o parciálním tlaku 0,0005 až 0,01 MPa a uvedenými prvky jsou titan, cer nebo molybden.

235 858

235 858

Vynález se týká způsobu pěstování monokrystalů yttritohlinitého granátu usnědněním tvorby krystalové mřížky, což umožňuje pěstovat monokrystaly této látky při zvýSených růstových rychlostech nebo se zlepšenou strukturní dokonalostí.

Monokrystaly yttritohlinitého granátu se používají jako aktivní materiál pro lasery a scintilátory pro detekci záření. Pěstují se téměř výhradně z taveniny tažením z iridiového, wolframového nebo molybdenového kelímku, přičemž s ohledem na kelímkový materiál se používá neutrální až oxidační, respektive i redukční atmosféry. Při použití monokrystalů yttritolhinitého granátu jako aktivního materiálu pro lasery a scintilátory je třeba je dotovat příměsí aktivních iontů, jako jsou ionty vzácných zemin, zejména ionty neodymité nebo čeřité, které se do krystalové mřížky zabudovávají v pozicích iontů yttritých. Vzhledem k většímu iontovému poloměru těchto iontů než je poloměr iontů yttritých, dochází k deformaci nej bližšího okolí iontů vzácných zemin a nízkému rozdělovacírau koeficientu příměsi mezi krystalem a taveninou, což ve svých důsledcích přiháší nutnost radikálního zpomalení růstové rychlosti dotovaných monokrystalů proti rychlosti růstu monokrystalů nedotovaných. Pokud jde o monokrystaly bez příměsí, nelze ani tyto, v porovnání například

- 3 235 858 s korundem, pěstovat s použitím příliš velkých růstových rychlostí, a to zejména tehdy, kdy složení taveniny neodpovídá přesně složení fáze Y^Al^O ₁₂. Důvodem je skutečnost, že jak v případě příměsí, tak v případě nestechiometrického složení taveniny se tsv. laminární vrstva taveniny na fázovém rozhraní taveniny a krystalu obohacuje o Lonty příměsí nebo o složku, které je v tavenině v nadbytku. S ohledem na relativně nízkou teplotu této vrstvy je difuzní rychlost malá a zpětný pohyb nadbytečných iontů do hlavního objemu taveniny je omezen a také rychlost uspořádání, iontů do příslušných uzlů mřížky je malá. Z těchto důvodů je růstová rychlost dokonalých monokrystalů yttritohlinitého granátu omezena a celý růstový proces je zdlouhavý.

Růstovou rychlost lze bez podstatného zvětšení četnosti defektů zvýšit způsobem pěstování monokrystalů yttritohlinitého granátu usnadněním tvorby krystalové mřížky podle tohoto vynálezu z taveniny oxidů hliníku, yttria a případného dopantu jako je neodym nebo cer, jehož podstata spočívá v —A v tom, že tavenina obsahuje ještě alespoň 10 hmot.% prvku, který vytváří troj mocné a čtyřmocné kationty, jako je titan, cer nebo molybden,pod atmosférou obsahující vodík pod parciálním tlakem 0,005 až 0,1 MPa a vodní páru pod parciálním tlakem 0,0005 ai 0,01 MRa.

Za uvedených růstových podmínek se redukcí základních složek, tj. oxidů hliníku a yttria vodíkem tvoří těkavé snadno difundující suboxidy, které se snadno zpět oxidují na oxidy přítomnou vodní parou. Iont s proměnlivým raocenstvím, tj. tri- a tetravalencí tyto reakce katalyzují. Cer, používaný jako dotující příměs, působí za těchto podmínek ještě jako katalyzátor zmíněných reakcí.Současné přítomnost vodíku a vodní páry umožňuje jak vznik suboxidů a jejich zpětnou přeměnu na oxidy, tak i přítomnost shora uvedených iontů v troj mocné a čtyřmocné formě současně. Obtížné dávkování malého množství vodní páry lze nahradit tím, že iont s proměnlivým raocenstvím se přidá do výchozí suroviny ve vyšším mDcanství, například jako kysličník ceričitý nebo titaničitý a vodní pára vznikne jejich redukcí vodíkem. )

- 4 235 858

Transport suboxidů tak umožňuje úpravu koncentrací hlinitých, a yttritých iontů a dopantu na fázovém rozhraní a to i při zanedbatelných odchylkách složení taveniny >od stechiometrického poměru, odpovídajícího složení monokrystalu. Tím >e vytvoří podmínky pro tvorbu dokonalé mřížky i při vyšších růstových rychlostech.

Způsobem podle vynálezu lze tak jednak usnadnit přípravu výchozí suroviny, ve které poměr oxidů yttria a hliníku nemusí být zcela přesně definován a zároveň zvýšit růstovou rychlost bez poklesu jakosti vypěstovaných monokrystalů, což podstatně zefektivňuje jejich výrobu.

Příklad 1

Byly pěstovány monokrystaly yttritohlinitého granátu o průměru 25 mm tažením z taveniny v molybdenovém kelímku o obsahu 150 ml rychlostí 3 mm/h. Jako ochranné atmosféry bylo použito směsi, sestávající z 99 obj.% argonu a 1 obj.% vodíku. Dokonalé monokrystaly bez části rozptylující světlo se podařilo pěstovat jen v délce nejvýše 65 mm. Poté došlo vlivem těkání aluminátu yttria YAIO^ z taveniny a z toho vyplývajícího nabohacení taveniny hlinitými ionty ke vzniku početných zákalů v monokrystalech. Delší monokrystal bylo nutno pěstovat daleko pomaleji. Při použití způsobu podle vynálezu, tj. při použití atmosféry, obsahující 80 obj.% argonu, 19,δ obj.% vodíku a 0,2 obj.% vodní páry při stejném celkovém tlaku jako předtím a po přídavku 10 hmot.% iontů titanu do taveniny, bylo možno pěstovat dokonalé monokrystaly o průměru 20 mm a délce až 90 mm za použití růstové rychlosti až 4 mm/h.

Příklad 2

Byly pěstovány monokrystaly ytřritohlinitého granátu s příměsí 1,1 at.% iontů neodymu vztaženo na yttrium tažením z taveniny v molybdenovém kelímku, obsahující šestkrát více neodymu než monokrystal. Jako ochranné atmosféry bylo použito směsi, obsahující argon o parciálním tlaku 0,097MPa a vodík o parciálním tlaku 0,002 MPa. Růstová rychlost činila nejvýše 1,2 mra/h; při vyšší růstové rychlosti monokrystal samovolně praskal.

- 5 235 858

Také atomární poměr (Y+Nd) : AI v tavenině bylo nutno pro zamezení praskání monokrystalu udržovat v poměru 2,98 až 3,02 : 1. Bylo-li však podle vynálezu přidáno do taveniny 5.10 až 10 hmot.% iontů ceru a bylo použito atmosféry, obsahující argon o parciálním tlaku 0,068 MPa, vodík o parciálním tlaku 0,038 MPa a vodní páru o parciálním tlaku 0,002 MPa, bylo možno zvýšit růstovou rychlost až na

2,2 mra/h bez nebezpečí vzniku poruch v monokrystalech.

Pokud byl parciální tlak vodní páry zvýšen na 0,006 MPa došlo k rozpouštění molybdenu z molybdenového kelímku za tvorby molybáenitých a molybdeničitých iontů v koncentraci přibližně 10 hmoť.% a pro dosažení dosažení uvedené vyšší růstové rychlosti až 2,2 mm/h nebylo nutno ionty ceru do taveniny přidávat.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   235 858

   Způsob pěstování monokrystalů, hlinitoyttritého granátu usnadněním tvarby krystalové mřížky tažením z taveniny oxidů hliníku a yttria a případného dopantu jako je neodym nebo cer, vyznačený tím, že tavenina obsahuje ještě alespoň 10^ hmot.% prvku, který vytváří troj mocné a čtyřmocné kationty, jako je titan, cer nebo molybden a pěstuje se pod atmosférou obsahující vodík o parciálním tlaku 0,005 až 0,1 MPa a vodní páru o parciálním tlaku 0,0005 až 0,01 MPa,