JPH03228890A

JPH03228890A - チタン酸バリウム単結晶の育成装置

Info

Publication number: JPH03228890A
Application number: JP2281790A
Authority: JP
Inventors: Shoji Mimura; 彰治味村; Akito Kurosaka; 昭人黒坂; Haruo Tominaga; 晴夫冨永
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1990-02-01
Filing date: 1990-02-01
Publication date: 1991-10-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は位相共役鏡、レーザ共振器及び光学像解析機器
等の光学応用機器に使用されるチタン酸バリウム単結晶
の製造に使用するチタン酸バリウム単結晶の育成装置に
関する。

［従来の技術］従来、チタン酸バリウム単結晶は、フッ化カリウム（Ｋ
Ｆ）及び塩化バリウム（ＢａＣ１２）をフラックスとし
て育成されていた（Ｐ、Ｒｅｍｅｉｋａ等、Ｊ　、Ａｍ
　、Ｃｈｅｍ　、Ｓｏｃ　、　　第７６巻　１９５４年
発行　第９４０頁）。しかし、このフラックス法により
得られるチタン酸バリウム単結晶は、その厚さが０．５
ｍｍ以下の薄片であり、しかもフラ・νクスに汚染され
たものであるために、満足できる光学的特性を得ること
ができなかった。

その後、二酸化チタン（ＴｉＯ２）及び酸化バリウム（
Ｂａｄ）の混合物を原料とし二酸化チタン高濃度側の融
液からチタン酸バリウム単結晶を引き上げる溶融引き上
げ法（ＴＳＳＧ法；　ＴｏｐＳｅｅｄｅｄ　５ｏｌｕｔ
ｉｏｎ　Ｇｒｏｗｔｈ法）が開発されたＣＶ。

Ｂｅ１ｒｕｓｓ、　Ｊ、Ｋａｌｎａｊｓ　ａｎｄ　Ａ、
ＬｉｎｚｌＴＯＰ−ＳＥＥＤＥＤＳＯＬＵＴＩＯＮ　Ｇ
ＲＯＷＴＨＯＦ　０ＸＩＤＥ　ＣＲＹＳＴＡＬＳ　ＦＲ
ＯＭ　Ｎ０Ｎ−３ＴＯＩＣ旧ＯＭＥＴＲＩＣＭＥＬＴＳ
、　Ｍａｔ、　Ｒｅｓ、　Ｂｕｌｌ、第６巻１９７１年
発行　第８９９−９０Ｅｉ頁）。

この方法により製造されたチタン酸バリウム単結晶は、
その形状を所望のバルク状にすることが可能であると共
に、フラックス等からの不純物の汚染も少ないため、比
較的良好な光学的特性を有している。このために、チタ
ン酸バリウム単結晶が光学応用機器に利用されるように
なった。

第２図は上述した従来のチタン酸バリウム単結晶の育成
装置を示す断面図である。

断熱材３にはその上面中央から下面に鉛直に貫通した加
熱空間が設けられており、この加熱空間の周囲にはヒー
タ２が断熱材３に埋め込まれて配設されている。また、
断熱材３にはその上面の周縁部から前記加熱空間の上下
方向略中夫に到達する観察用窓５が設けられており、こ
の窓５を介して単結晶育成状況を観察できるようになっ
ている。

断熱材３の加熱空間の下端近傍には、この空間内に挿入
されたステージ１２が配置されており、このステージ１
２上に原料融液６が貯留されるるつぼ１が載置されるよ
うになっている。また、加熱空間の上端部には蓋４が嵌
合されて設けられており、この蓋４及びステージ１２に
より加熱空間を外部雰囲気から熱的に遮断するようにな
っている。

蓋４の中央には種棒８が挿通する穴が設けられている。

種棒８は内管及び外管からなる２重管であり、その上端
部は上昇・下降ヘッド９に固定されている。そして、こ
の種棒８は駆動装置（図示せず）により上昇Φ下降ヘッ
ド９が上下動すると、それに伴って上昇又は下降移動す
るようになっている。また、種棒８の下端部には種結晶
取付は部が設けられており、この取付は部に種結晶７を
白金線等により縛って取付けるようになっている。

断熱材３及び蓋４は約１５００℃の温度における耐熱性
を有していると共に、断熱性を有している必要がある。

このため、断熱材３及び蓋４は、例えばアルミナ及びジ
ルコニア等のセラミックス粉を焼結した多孔質セラミッ
クスにより形成されている。また、ヒータ２は、炭化ケ
イ素（ＳｉＣ）、２ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ２）又
はクロム酸ランタン（Ｌ　ａ　Ｃｒ　Ｏ３）等により形
成されたものが使用されている。

次に、この従来のチタン酸バリウム単結晶育成装置の動
作について説明する。

先ず、るつぼ１に炭酸バリウム（Ｂ　ａ　Ｃ０３）及び
酸化チタン（Ｔｉ０２）の混合原料粉を装入し、るつぼ
１を断熱材３内のステージ１２上に設置し、蓋４を断熱
材３に嵌入する。そして、この混合原料粉をヒータ２に
より加熱して溶融させて、原料融液６とする。

次に、その下端部に種結晶７が取付けられた種棒８を下
降させて、種結晶７を融液６に接触させる。このとき、
種棒８の内部に冷却用ガスを通流させて、種結晶７を冷
却する。

次いで、ヒータ２の通電電流を低下させて融液６の温度
を下降させる。これにより、種結晶７の周囲にチタン酸
バリウムの結晶が晶出する。その後、種棒８を所定の速
度で上昇させる。そうすると、種結晶７の下方にチタン
酸バリウムの単結晶が育成される。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述した従来の単結晶育成装置において
は、断熱材３及び蓋４の材質としてセラミックスを使用
しているため、断熱材３及び蓋４から発生したセラミッ
クスの粉塵がるつぼ１内に入ることがあり、これにより
原料融液８が汚染されてしまう。また、断熱材３及び蓋
４並びにヒータ２等から気化しやすい成分がガス化し、
更にこの成分が融液６に溶は込むこともある。

このようなセラミックス粉又はガス化成分等の不純物元
素により原料融液６が汚染されると、例えばその汚染量
がｐｐｍオーダーの極めて少ない汚染であっても、汚染
された融液から育成された単結晶は純粋な融液から育成
された単結晶に比して色等の外観に顕著な差異が発生し
、所定の光学的特性を得ることができなくなる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
原料融液の汚染が回避され、所定の光学的特性のチタン
酸バリウム単結晶を育成することができるチタン酸バリ
ウム単結晶の育成装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係るチタン酸バリウム単結晶の育成装置は、石
英ガラス製マツフルと、このマツフル内に配置されるる
つぼと、下端部に種結晶が取付けられ前記マツフル内に
挿入されて前記るつぼの直上域に前記種結晶を位置させ
る種棒と、前記マツフルの外側から前記るつぼ内の原料
融液を所定の温度に加熱保持する加熱手段とを有するこ
とを特徴とする。

［作用］本発明においては、石英ガラス製マツフル内にるつぼを
配置し、このマツフル内において原料融液からチタン酸
バリウム単結晶を育成する。従って、断熱材及びヒータ
等からるつぼが隔離された杖態で単結晶を育成すること
ができるために、断熱材及びヒータ等からの粉塵及びガ
ス化成分等による原料融液の汚染が回避され、所望の光
学特性のチタン酸バリウム単結晶を育成することができ
る。

石英ガラスには、不透明石英ガラス、透明石英ガラス及
び合成石英ガラス等の種類がある。この場合に、チタン
酸バリウム単結晶育成に使用するマツフルの材質として
は、高純度で軟化温度が高い透明石英ガラス又は合成石
英ガラスを使用することが好ましい。

なお、石英ガラスは高温において軟化するために、通常
、その最高使用温度は１２００乃至１３００℃とされて
いる。チタン酸バリウムの単結晶育成時には原料融液を
１４００乃至１５００℃の高温に加熱する必要があり、
−見すると、石英ガラスはチタン酸バリウム単結晶の育
成装置には使用できないものと考えられる。しかしなが
ら、マツフル内外の気体圧力を調整することにより、単
結晶育成時のような高温下においても石英ガラスを使用
することが可能である。また、このような高温下におい
ても、石英ガラスからは気化ガスの発生はない。

［実施例］次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図は本発明の実施例に係るチタン酸バリウム単結晶
の育成装置を示す断面図である。

本実施例装置が従来装置と異なる点は断熱材３の内側に
石英ガラス製のマツフル１０が設けられていることにあ
り、その他の構成は基本的には従来と同様であるので、
第１図において第２図と同一物には同一符号を付してそ
の詳しい説明は省略する。

本実施例装置においては、断熱材３内の加熱空間に石英
ガラス製マツフル１０が配置されている。

このマツフル１０は有底筒状の容器であり、上端は石英
ガラス製蓋１１により閉塞されている。そして、このマ
ツフル１０はステージ１２上に載置され、マツフル１０
内にはテーブル１８が載置され、このテーブル１３上に
るっぽ１が載置される。

また、蓋１１の中央には種棒８が挿通する孔が設けられ
ており、種棒８の下半部はこの蓋１１に設けられた孔を
介してマツフル１０内のるっぽ１の直上域に位置される
。このマツフル１ｏ及び蓋１１により、るつぼ１及び種
棒８の周辺の単結晶育成を行う雰囲気が外部から遮断さ
れて清浄に保たれる。なお、マツフル１０の側壁を介し
て、観察用窓５から単結晶引き上げ状況を観察できるよ
うになっている。

本実施例装置においては、上述の如くマツフル１０内に
おいて単結晶育成を行うために、断熱材３からの粉塵並
びにヒータ２及び断熱材３からのガス成分等はマツフル
１０により遮断され、融液６への混入が回避される。ま
た、マツフル１０は石英ガラス製であるので、単結晶育
成時に１４００乃至１５００℃の高温域に加熱されても
、粉塵又は気化ガスが発生し難い。このため、チタン酸
バリウム融液への不純物元素の汚染が著しく低減され、
所定の光学的特性を有するチタン酸バリウム単結晶を育
成することができる。

次に、上述の装置を使用してチタン酸バリウムの単結晶
を実際に育成した結果について説明する。

先ず、出発原料きして、純度が１３９．９９重量％以上
の炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）及び純度が９９．９９重
量％以上の酸化チタン（ＴｉＯｚ）を用意した。そして
、この炭酸バリウムと酸化チタンとを３５１５のモル比
に秤量して混合した。その後、この混合試料を１０００
℃の温度で５時間仮焼成した後、粉砕して混合原料粉と
した。

次に、この原料粉３００ｇを口径がｅＯｍｍ、深さが６
０ｍｍ１肉厚が１ｍｍの白金製るつぼ１内に装入し、こ
のるつぼ１を本実施例装置のマツフル１０内に載置した
。そして、ヒータ（ＳｉＣ製）２により加熱して原料粉
を溶融させた。この原料融液６はヒータ２により加熱し
て、１４１０°Ｃの温度に維持した。

次に、種棒８の下端部にＢ　ａＴ　ｉ　０３の種結晶７
を白金線で取付けた。この種結晶７は縦が３１Ｔｌｒｒ
１１横が３ｍｍ、長さ力月Ｏｍｍであり、長手方向が（
１００）面になるように切り出したものである。

次いで、上昇・下降ヘッド９を下降駆動することにより
、種結晶７を融液６に接触させた。そして、融液６の温
度を５℃／時で降下させ、種結晶７に結晶が晶出してく
るのを確認した後、融液６の温度降下速度を０．５℃／
時に変更し、種棒８をｏ、ａｍｍ／時の速度で上昇させ
た。

このようにして約５０時間結晶を育成した後、この結晶
を１００℃／時の温度降下速度で冷却した。

その結果、直径り月５ｍｍ、長さが１５ｍｍのＢ　ａ　
Ｔ　ｉ　Ｏ３単結晶を得た。

このＢａＴｉＯ３単結晶は不純物による着色がなく、透
明度が高いものであった。また、本実施例においては、
ＡＩ。０３系の断熱材とＳｉＣのヒータとを装備した装
置を使用しているので、汚染の可能性があるのはＡＩ酸
成分びＳｉ成分であるから、作成した単結晶についてＡ
Ｉ及びＳｉの質量分析を行ってその汚染の有無を調べた
。その結果、Ａｉ及びＳｉの含有量はいずれも検出限界
（ｌｐｐｍ）以下であった。

一方、比較のために、石英ガラス製マツフルを設けず、
その他の構成は本実施例と同様の装置によりＢ　ａ　Ｔ
　ｉ　Ｏ３の単結晶を育成した。その結果、得られた単
結晶は上記実施例により得られた単結晶に比して著しく
透明度が劣るものであった。また、この単結晶を質量分
析したところ、Ａ７及びＳｔが夫々３乃至４ｐｐｍ及び
ｌ乃至２ｐｐｍ含有されていた。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、石英ガラス製マツ
フル内にるつぼを載置し、このマツフルの外側からるつ
ぼ内の原料融液を加熱しつつチタン酸バリウムの単結晶
育成を行うから、単結晶育成中の融液の雰囲気が清浄に
保たれ、原料融液が不純物元素に汚染されることを回避
できる。このため、光学的特性が優れたチタン酸バリウ
ム単結晶を育成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るチタン酸バリウム単結晶
の育成装置を示す断面図、第２図は従来のチタン酸バリ
ウム単結晶の育成装置を示す断面図である。１：るつぼ、２；ヒータ、３；断熱材、４，１１；蓋、
５；観察用窓、６；融液、７；種結晶、８；種棒、９；
上昇・下降ヘッド、１０；マツフル、１２；ステージ、
１３；テーブル

Claims

【特許請求の範囲】

（１）石英ガラス製マッフルと、このマッフル内に配置
されるるつぼと、下端部に種結晶が取付けられ前記マッ
フル内に挿入されて前記るつぼの直上域に前記種結晶を
位置させる種棒と、前記マッフルの外側から前記るつぼ
内の原料融液を所定の温度に加熱保持する加熱手段とを
有することを特徴とするチタン酸バリウム単結晶の育成
装置。