JPH05319991A - 六ホウ化ランタン単結晶の育成法 - Google Patents
六ホウ化ランタン単結晶の育成法Info
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 六ホウ化ランタン単結晶の育成法
【構成】 フローティング・ゾーン法により六ホウ化ラ
ンタン単結晶を育成するに際し、融帯組成(ホウ素とラ
ンタンのモル比(B/La))を8〜66にすることにより
育成温度を低下させることを特徴としている。
ンタン単結晶を育成するに際し、融帯組成(ホウ素とラ
ンタンのモル比(B/La))を8〜66にすることにより
育成温度を低下させることを特徴としている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フローティング・ゾー
ン(FZ)法による六ホウ化ランタン単結晶の育成法に関
する。
ン(FZ)法による六ホウ化ランタン単結晶の育成法に関
する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】六ホウ
化ランタン単結晶は、現在、寿命の長い高輝度電子放射
材料として、走査型電子顕微鏡や電子描画装置などに利
用されている。この電子放射材料として用いる場合、純
度の高い高品質単結晶が必要である。
化ランタン単結晶は、現在、寿命の長い高輝度電子放射
材料として、走査型電子顕微鏡や電子描画装置などに利
用されている。この電子放射材料として用いる場合、純
度の高い高品質単結晶が必要である。
【0003】高純度な六ホウ化ランタン単結晶の育成法
としては、育成温度が高く、不純物が蒸発により除去さ
れるFZ法が適している。しかしながら、従来のFZ法
により育成される単結晶中には多くの欠陥(例えば、粒
界密度で400cm/cm2)が存在する欠点があった。この
ため、高品質な部分を選び、電子放射材として使用せざ
るを得ないのが実情である。
としては、育成温度が高く、不純物が蒸発により除去さ
れるFZ法が適している。しかしながら、従来のFZ法
により育成される単結晶中には多くの欠陥(例えば、粒
界密度で400cm/cm2)が存在する欠点があった。この
ため、高品質な部分を選び、電子放射材として使用せざ
るを得ないのが実情である。
【0004】本発明は、上記従来技術の欠点を解消し
て、欠陥の少ない良質な六ホウ化ランタン単結晶を得る
方法を提供することを目的とするものである。
て、欠陥の少ない良質な六ホウ化ランタン単結晶を得る
方法を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者らは、従来のFZ法において結晶中に粒界
を生じさせている要因を調べた結果、次のことが判明し
た。
め、本発明者らは、従来のFZ法において結晶中に粒界
を生じさせている要因を調べた結果、次のことが判明し
た。
【0006】すなわち、六ホウ化ランタン単結晶の育成
温度が約2700℃と高いため、育成された単結晶は非
常に高い温度勾配(約150℃/mm)の下を通過すること
になる。このため、育成後の冷却過程において発生する
熱応力により、結晶中に粒界を発生させ、結晶性の低下
を招くことが判明した。
温度が約2700℃と高いため、育成された単結晶は非
常に高い温度勾配(約150℃/mm)の下を通過すること
になる。このため、育成後の冷却過程において発生する
熱応力により、結晶中に粒界を発生させ、結晶性の低下
を招くことが判明した。
【0007】そこで、結晶が育成後受ける熱応力を小さ
くするため、自己フラックス法により育成温度を下げ、
六ホウ化ランタン単結晶の育成をFZ法により試みた。
くするため、自己フラックス法により育成温度を下げ、
六ホウ化ランタン単結晶の育成をFZ法により試みた。
【0008】その結果、ホウ素をフラックスに用いた場
合、すなわち、融帯組成をLaB6よりホウ素過剰にした
場合、育成されるホウ化ランタン単結晶に粒界の含まな
い良質単結晶が得られるようになった。本発明はこのよ
うな知見に基づき完成したものである。
合、すなわち、融帯組成をLaB6よりホウ素過剰にした
場合、育成されるホウ化ランタン単結晶に粒界の含まな
い良質単結晶が得られるようになった。本発明はこのよ
うな知見に基づき完成したものである。
【0009】すなわち、本発明は、フローティング・ゾ
ーン法により六ホウ化ランタン単結晶を育成するに際
し、融帯組成(ホウ素とランタンのモル比(B/La))を
8〜66にすることにより、育成温度を低下させること
を特徴とするものである。
ーン法により六ホウ化ランタン単結晶を育成するに際
し、融帯組成(ホウ素とランタンのモル比(B/La))を
8〜66にすることにより、育成温度を低下させること
を特徴とするものである。
【0010】以下に本発明を更に詳細に説明する。
【0011】
【0012】本発明において用いられる装置の一例を図
1に示す。図中、1と1′はそれぞれ上軸と下軸の駆動
部、2と2′はそれぞれ上軸と下軸、3と3′はホルダ
ー、4はワークコイル、5は種結晶又は初期融帯形成用
の焼結棒、6は単結晶、7は融帯、8は半溶融部分、9
は傘状にせり出した部分、10は原料焼結棒である。
1に示す。図中、1と1′はそれぞれ上軸と下軸の駆動
部、2と2′はそれぞれ上軸と下軸、3と3′はホルダ
ー、4はワークコイル、5は種結晶又は初期融帯形成用
の焼結棒、6は単結晶、7は融帯、8は半溶融部分、9
は傘状にせり出した部分、10は原料焼結棒である。
【0013】試料の加熱は、ワークコイル4に高周波電
流を流すことにより、試料に誘導電流を生じさせ、その
ジュール熱により行う。このようにして、形成された融
帯7に上方より原料棒を送り込み、下方より単結晶6を
育成する。
流を流すことにより、試料に誘導電流を生じさせ、その
ジュール熱により行う。このようにして、形成された融
帯7に上方より原料棒を送り込み、下方より単結晶6を
育成する。
【0014】次に、本発明による単結晶育成の手順を示
す。
す。
【0015】まず、原料のホウ化ランタン粉末とホウ素
粉末を所定比によく混合後、結合剤として少量の樟脳を
加え、ラバープレス(2000kg/cm2)により圧粉棒を
作製する。この圧粉棒を真空中又は不活性ガス中で千数
百℃に加熱し、原料焼結棒を作製する。
粉末を所定比によく混合後、結合剤として少量の樟脳を
加え、ラバープレス(2000kg/cm2)により圧粉棒を
作製する。この圧粉棒を真空中又は不活性ガス中で千数
百℃に加熱し、原料焼結棒を作製する。
【0016】得られた焼結棒10を上軸2にホルダー3
を介してセットし、下軸2′には<100>種結晶(又
は初期融帯形成用の焼結棒)5をホルダーを介してセッ
トする。両者10と5の間に、初期融帯の組成を制御す
るためのホウ素焼結体を挾む。次にホウ素焼結体とその
周辺を加熱により溶融させ、融帯7を形成させ、上軸2
と下軸2′をゆっくりと下方に移動させて単結晶6を育
成する。
を介してセットし、下軸2′には<100>種結晶(又
は初期融帯形成用の焼結棒)5をホルダーを介してセッ
トする。両者10と5の間に、初期融帯の組成を制御す
るためのホウ素焼結体を挾む。次にホウ素焼結体とその
周辺を加熱により溶融させ、融帯7を形成させ、上軸2
と下軸2′をゆっくりと下方に移動させて単結晶6を育
成する。
【0017】このとき、下軸2′の移動速度、すなわ
ち、結晶育成速度は、育成中常に一定に保持する。その
範囲は0.2〜4cm/h、好ましくは、1cm/h以上であ
る。育成時のホウ素の蒸発が激しいため、従来の育成法
に比較して速く設定する。上軸2の移動速度、すなわ
ち、原料棒の融帯への供給速度は、原料棒の密度が低い
ので、それを補償して原料棒と同じ直径を持つ単結晶が
育成されるように、設定する。
ち、結晶育成速度は、育成中常に一定に保持する。その
範囲は0.2〜4cm/h、好ましくは、1cm/h以上であ
る。育成時のホウ素の蒸発が激しいため、従来の育成法
に比較して速く設定する。上軸2の移動速度、すなわ
ち、原料棒の融帯への供給速度は、原料棒の密度が低い
ので、それを補償して原料棒と同じ直径を持つ単結晶が
育成されるように、設定する。
【0018】雰囲気としては数気圧のアルゴン又はヘリ
ウムなどの不活性ガスが用いられる。これは高周波ワー
クコイル部分で発生する放電を防止するためである。
ウムなどの不活性ガスが用いられる。これは高周波ワー
クコイル部分で発生する放電を防止するためである。
【0019】このLaB6−B系における結晶育成では、
融帯7直上に半溶融部分が形成され、その上部にLaB6
とBの共融組成をもつ傘状のもの9が形成する。これが
育成中ワークコイル4に接触し、それ以後の融帯移動を
不可能にすることが起こるので、育成する結晶径に比較
して、内径の大きなワークコイルを使用する。その結
果、傘状の部分は融点が低いため融帯に溶け込む以前に
熔け原料棒に吸い込まれ、育成上問題がなくなる。この
傘状のものは、育成中、原料棒への吸い込みと形成を数
mmの融帯移動距離毎に繰り返している。しかしながら、
原料棒中のホウ素含有量が増す程、傘状のものが大きく
なり、スムースな育成が不可能になる。
融帯7直上に半溶融部分が形成され、その上部にLaB6
とBの共融組成をもつ傘状のもの9が形成する。これが
育成中ワークコイル4に接触し、それ以後の融帯移動を
不可能にすることが起こるので、育成する結晶径に比較
して、内径の大きなワークコイルを使用する。その結
果、傘状の部分は融点が低いため融帯に溶け込む以前に
熔け原料棒に吸い込まれ、育成上問題がなくなる。この
傘状のものは、育成中、原料棒への吸い込みと形成を数
mmの融帯移動距離毎に繰り返している。しかしながら、
原料棒中のホウ素含有量が増す程、傘状のものが大きく
なり、スムースな育成が不可能になる。
【0020】結局、後述の実施例に示すように、融液組
成(B/Laモル比)が、8以上の範囲で結晶中の粒界が
減少し、融帯組成が66まで結晶を育成できる。なお、
再現性よく粒界のない結晶を育成するには、融帯組成を
9〜20の範囲にするのが好ましい。
成(B/Laモル比)が、8以上の範囲で結晶中の粒界が
減少し、融帯組成が66まで結晶を育成できる。なお、
再現性よく粒界のない結晶を育成するには、融帯組成を
9〜20の範囲にするのが好ましい。
【0021】以上の育成法において、高周波加熱以外の
加熱法、例えば、赤外線集中加熱によるFZ法によって
も、単結晶を育成できる。
加熱法、例えば、赤外線集中加熱によるFZ法によって
も、単結晶を育成できる。
【0022】次に本発明の実施例を示す。
【0023】
【実施例】市販のLaB6粉末にホウ素粉末をB/La=
7.7になるように混合した後、結合剤として樟脳を少
量加え、直径10mmのゴム袋に詰め円柱形にした。これ
を2000kg/cm2のラバープレスを行い、圧粉体を得
た。この圧粉体を真空中、1800℃で加熱し、直径9
mm、長さ12cm程度の焼結棒を得た。密度は約55%で
あった。
7.7になるように混合した後、結合剤として樟脳を少
量加え、直径10mmのゴム袋に詰め円柱形にした。これ
を2000kg/cm2のラバープレスを行い、圧粉体を得
た。この圧粉体を真空中、1800℃で加熱し、直径9
mm、長さ12cm程度の焼結棒を得た。密度は約55%で
あった。
【0024】この焼結棒を図1に示すFZ育成炉の上軸
にホルダーを介し固定し、下軸には<100>LaB6単
結晶を固定した。両者の間に0.1g程度のホウ素焼結体
を挾み、融帯組成を制御した。育成炉に7気圧のアルゴ
ンを充填した後、高周波コイル(内径14mm、3巻2段)
によりホウ素焼結体とその周辺部を溶かして初期融帯を
形成し、2cm/hの速度で2時間で下方に移動させ、全
長4cm、直径0.9cmの単結晶を育成した。融帯組成
は、B/La=9.0であった。
にホルダーを介し固定し、下軸には<100>LaB6単
結晶を固定した。両者の間に0.1g程度のホウ素焼結体
を挾み、融帯組成を制御した。育成炉に7気圧のアルゴ
ンを充填した後、高周波コイル(内径14mm、3巻2段)
によりホウ素焼結体とその周辺部を溶かして初期融帯を
形成し、2cm/hの速度で2時間で下方に移動させ、全
長4cm、直径0.9cmの単結晶を育成した。融帯組成
は、B/La=9.0であった。
【0025】融帯組成中のホウ素含有量が更に増すと、
融帯直上に形成される傘状のものが大きくなり、長時間
の育成が困難になった。B/La=13の組成を持つ原
料棒を用いた場合、すなわち、B/La=66の融帯か
ら結晶を育成する場合、0.5cm程度の融帯移動であっ
た。
融帯直上に形成される傘状のものが大きくなり、長時間
の育成が困難になった。B/La=13の組成を持つ原
料棒を用いた場合、すなわち、B/La=66の融帯か
ら結晶を育成する場合、0.5cm程度の融帯移動であっ
た。
【0026】単結晶の粒界密度については、結晶棒終端
部から(100)面を切り出し、鏡面研磨の後、エッチン
グ(硝酸:水=1:2の液で30秒程度)して測定した。
図2に融帯組成を制御した原料焼結棒の組成と粒界密度
の関係を示す。融帯組成(B/La)が8以上で粒界が減
少し、9以上で粒界の存在しない結晶が育成された。そ
のときの育成温度は約2450℃であり、従来の育成法
に比較して250℃低かった。
部から(100)面を切り出し、鏡面研磨の後、エッチン
グ(硝酸:水=1:2の液で30秒程度)して測定した。
図2に融帯組成を制御した原料焼結棒の組成と粒界密度
の関係を示す。融帯組成(B/La)が8以上で粒界が減
少し、9以上で粒界の存在しない結晶が育成された。そ
のときの育成温度は約2450℃であり、従来の育成法
に比較して250℃低かった。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
欠陥の少ないホウ化ランタン単結晶が得られる。
欠陥の少ないホウ化ランタン単結晶が得られる。
【図1】本発明に用いられる単結晶育成装置の一例を示
す説明図である。
す説明図である。
【図2】原料焼結棒組成及び融帯組成(B/Laモル比)
と粒界密度(cm/cm2)の関係を示す図である。
と粒界密度(cm/cm2)の関係を示す図である。
1 上軸駆動部 1′ 下軸駆動部 2 上軸 2′ 下軸 3 ホルダー 3′ ホルダー 4 ワークコイル 5 種結晶又は初期融帯形成用の焼結棒 6 単結晶 7 融帯 8 半溶融部分 9 傘状部分 10 原料焼結棒
Claims (1)
- 【請求項1】 フローティング・ゾーン法により六ホウ
化ランタン単結晶を育成するに際し、融帯組成(ホウ素
とランタンのモル比(B/La))を8〜66にすることに
より、育成温度を低下させることを特徴とする良質六ホ
ウ化ランタン単結晶の育成法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4151536A JPH05319991A (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 六ホウ化ランタン単結晶の育成法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4151536A JPH05319991A (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 六ホウ化ランタン単結晶の育成法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05319991A true JPH05319991A (ja) | 1993-12-03 |
Family
ID=15520662
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4151536A Pending JPH05319991A (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 六ホウ化ランタン単結晶の育成法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05319991A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08143395A (ja) * | 1994-11-21 | 1996-06-04 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 六ホウ化ランタン単結晶の育成法 |
CN105755540A (zh) * | 2016-05-11 | 2016-07-13 | 合肥工业大学 | 一种采用光学区熔技术制备LaB6-VB2共晶复合材料的方法 |
-
1992
- 1992-05-19 JP JP4151536A patent/JPH05319991A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08143395A (ja) * | 1994-11-21 | 1996-06-04 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 六ホウ化ランタン単結晶の育成法 |
CN105755540A (zh) * | 2016-05-11 | 2016-07-13 | 合肥工业大学 | 一种采用光学区熔技术制备LaB6-VB2共晶复合材料的方法 |
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