JPH07138016A - 硼酸リチウム原料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気泡のない硼酸リチウム単結晶の製造に用い
られる低水分量の硼酸リチウム原料を短時間で効率よく
製造することのできる硼酸リチウム原料の製造方法を提
供する。 【構成】 カーボンでできたるつぼ内に硼酸リチウムの
出発原料を入れ、乾燥雰囲気下で前記るつぼを加熱して
前記出発原料を溶融した状態で保持した後、その出発原
料の融液を固化させる。 【効果】 水分含有量の極めて低い硼酸リチウム原料を
工業的な実施に適した時間内で製造することができる。
その硼酸リチウム原料を用いることにより、気泡のない
単結晶を製造することができ、さらなる生産性の向上及
び高品質化を達成するように硼酸リチウム単結晶の成長
における成長速度や温度勾配等の成長条件を選択するこ
とが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、硼酸リチウム原料、特
に硼酸リチウム単結晶の製造に用いられる硼酸リチウム
原料の製造方法に関し、例えば弾性表面波装置の基板材
料として用いる四硼酸リチウム単結晶の製造に適用して
有用な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、弾性表面波装置用の基板材料とし
て注目されている硼酸リチウム単結晶の製造は、一般に
チョクラルスキー法やブリッジマン法により行われてい
るが、得られた硼酸リチウム単結晶中に気泡が生じ易い
という欠点があった。

【０００３】ここで、気泡の発生原因は、硼酸リチウム
単結晶の飽和水分量を超える水分が原料融液中に含まれ
ていることである。つまり、原料融液から結晶が晶出す
る際に、単結晶の飽和水分量を超える水分は、固液界面
の液相側に吐き出され、十分に拡散しないうちに、組成
的過冷却により、成長する結晶中に取り込まれて結晶化
の際に気泡となる。

【０００４】そこで、上記欠点を克服するために、水分
含有量０．２％（２０００ppm）以下の硼酸リチウム原
料を用い、水分含有量１％（１００００ppm）以下の成
長雰囲気下で、硼酸リチウム単結晶の成長を行うことが
提案されている（特開平５−２０１７９７号）。その提
案によれば、水分含有量が２００ppm以下の気泡の少な
い硼酸リチウム単結晶を得ることができるとされてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平５−２０１７９７号公報に記載された一実施例にお
いては、水分含有量０．０７％（７００ppm）の成長雰
囲気下で、水分含有量１２００ppmの硼酸リチウム原料
から得られた硼酸リチウム単結晶中の水分含有量は１２
０ppmであり、単結晶中に存在する気泡は少ないとはい
え皆無ではない。

【０００６】気泡がなくならない原因の一つとして、硼
酸リチウム原料中の水分含有量が１２００ppmと比較的
高いことが挙げられる。従って、硼酸リチウム単結晶中
の気泡をなくすには、硼酸リチウム原料中の水分含有量
を１２００ppmよりもさらに低い量、例えば本発明者ら
が実験から得た硼酸リチウム単結晶の飽和水分量２５pp
m以下の量にしなければならない。

【０００７】そのような水分含有量の極めて低い硼酸リ
チウム原料を製造するには、例えば白金製るつぼ等に入
れた硼酸リチウム粉末を乾燥雰囲気下で加熱溶融して長
時間保持してから、急冷固化させることが考えられる
が、その場合には乾燥雰囲気と水分量２５ppm以下の出
発原料融液との間で熱力学的平衡状態が成立するまでに
莫大な時間を要してしまい、工業的な実施には不適であ
る。

【０００８】そこで、工業的な実施に適した程度に短時
間で効率よく製造可能な水分含有量の極めて低い硼酸リ
チウム原料の製造方法の開発が急務であった。

【０００９】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、気泡のない硼酸リチウム
単結晶の製造に用いられる低水分量の硼酸リチウム原料
を短時間で効率よく製造することのできる硼酸リチウム
原料の製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは、種々の条件で成長させた硼酸リチウ
ム単結晶の透明部分について赤外吸収法により水分含有
量の測定を行い、その結果、何れの成長条件においても
水分含有量が２５ppmであることを見い出した。この知
見に基づき、本発明者らは、硼酸リチウム単結晶の飽和
水分量は２５ppmであり、気泡のない単結晶を成長させ
るには、硼酸リチウム原料中の水分含有量を極めて低
く、例えば２５ppm以下に抑えることが有効であると考
えた。そして、そのような低水分量の硼酸リチウム原料
の製造方法を確立すべく鋭意研究を重ね、本発明の完成
に至った。

【００１１】即ち、本発明は、硼酸リチウム単結晶の成
長に用いられる硼酸リチウム原料を製造するにあたっ
て、カーボンでできたるつぼ内に硼酸リチウムの出発原
料を入れ、乾燥雰囲気下で前記るつぼを加熱して前記出
発原料を溶融した状態で保持した後、その出発原料の融
液を固化させることを提案するものである。或は、るつ
ぼ内に硼酸リチウムの出発原料とともにカーボンででき
たカーボン体を入れるようにしてもよい。また、前記乾
燥雰囲気中の水分含有量は、１００ppm以下であるとよ
い。

【００１２】ところで、上記手段により得られる硼酸リ
チウム原料中の水分含有量は、好ましくは硼酸リチウム
単結晶の飽和水分量２５ppm以下であるとよい。従っ
て、るつぼ内の出発原料を加熱溶融後、好ましくはその
出発原料融液中の水分含有量が２５ppm以下になるま
で、乾燥雰囲気下で出発原料を溶融状態に保持するとよ
い。

【００１３】なお、硼酸リチウム原料として、硼酸リチ
ウム粉末や硼酸リチウムガラス（ガラス状の硼酸リチウ
ム）などが挙げられる。それら硼酸リチウム粉末や硼酸
リチウムガラスの水分含有量は問わない。

【００１４】また、上記乾燥雰囲気中の水分含有量が１
００ppm以下であるのは、本発明者等の行った実験（後
述する実施例２）によれば、水分含有量１００ppmの雰
囲気下で、２００ppmの水分を含む硼酸リチウムの出発
原料融液を、カーボン製るつぼ内で１０時間保持して固
化させたところ、水分含有量２５ppmの硼酸リチウム原
料が得られたからであり、雰囲気中の水分含有量が１０
０ppmよりも低ければ、２５ppmよりも低い水分含有量の
硼酸リチウム原料が得られるからである。

【００１５】さらに、上記乾燥雰囲気には、水分含有量
が１００ppm以下の窒素ガスやアルゴン等の不活性ガス
や空気などを流す乾燥気流のみならず、ガスを流さない
乾燥した気密状態、真空状態や減圧状態、なども含む。

【００１６】

【作用】上記した手段によれば、乾燥雰囲気下で、硼酸
リチウムの出発原料を加熱溶融し、その出発原料融液を
カーボンに接触させた状態で保持するため、出発原料融
液中の水分がカーボンと反応して、一酸化炭素や二酸化
炭素などが生成される。生成された一酸化炭素や二酸化
炭素などは出発原料融液中から乾燥雰囲気中に放散され
るので、出発原料融液から水分が効率よく除去される。
また、出発原料を溶融状態に保持する際の雰囲気が乾燥
しているため、乾燥雰囲気から出発原料融液中への水分
の溶解が抑えられる。従って、その水分の除去された出
発原料融液を固化させることにより、水分含有量の極め
て低い硼酸リチウム原料が得られる。

【００１７】そして、その水分含有量の極めて低い硼酸
リチウム原料を加熱溶融して単結晶製造の原料融液に用
いると、その原料融液中の水分含有量は、硼酸リチウム
単結晶の飽和水分量よりも低くなり、単結晶中に過剰に
水分が取り込まれることが防止されて気泡のない単結晶
が得られる。

【００１８】

【実施例】

（実施例１）カーボン製るつぼ内に水分含有量２００pp
mの硼酸リチウム粉末の出発原料を入れ、それを石英ア
ンプル内に３×１０^-3Torrの圧力で真空封入した。続い
て、その石英アンプルを加熱炉内に設置し、１０００℃
で前記出発原料を加熱溶融した。その状態で１０時間保
持した後、加熱炉内から石英アンプルを取り出し、るつ
ぼ内の出発原料融液を急冷固化させて硼酸リチウムガラ
スを得た。その硼酸リチウムガラスに含まれている水分
量を赤外吸収法により測定したところ、水分含有量は６
ppmであった。

【００１９】次に、水分含有量６ppmの上記硼酸リチウ
ムガラスを原料に用い、水分含有量２５ppmの乾燥した
窒素ガス気流（流量１０００cc／分）中において、成長
速度０．３mm／時、炉内の成長容器近傍で測定された融
点近傍の温度勾配１６℃／cmの成長条件で、周知のブリ
ッジマン法により硼酸リチウム単結晶の製造を行った。
得られた硼酸リチウム単結晶に含まれている水分量を赤
外吸収法により測定したところ、水分含有量は６ppmで
あり、気泡は認められなかった。

【００２０】（実施例２）カーボン製るつぼ内に水分含
有量２００ppmの硼酸リチウム粉末の出発原料を入れ、
それを水分含有量１００ppmの乾燥した窒素ガス気流
（流量１０００cc／分）中の加熱炉内に設置して１００
０℃で前記出発原料を加熱溶融した。その状態で１０時
間保持した後、加熱炉内からるつぼを取り出し、その中
の出発原料融液を急冷固化させて硼酸リチウムガラスを
得た。赤外吸収法で測定したところ、その硼酸リチウム
ガラスの水分含有量は２５ppmであった。

【００２１】次に、水分含有量２５ppmの上記硼酸リチ
ウムガラスを原料に用い、水分含有量１００ppmの乾燥
した窒素ガス気流（流量１０００cc／分）中において、
成長速度０．３mm／時、温度勾配１６℃／cmの成長条件
で、周知のブリッジマン法により硼酸リチウム単結晶の
製造を行った。得られた硼酸リチウム単結晶に含まれて
いる水分量を赤外吸収法により測定したところ、水分含
有量は２０ppmであり、気泡は認められなかった。

【００２２】上記実施例１，２より、乾燥雰囲気下でカ
ーボン製るつぼ内の出発原料を溶融・固化させて硼酸リ
チウム原料を製造することにより、水分含有量２５ppm
以下の極めて低水分の硼酸リチウム原料が得られ、さら
にその極めて低水分の硼酸リチウム原料を用いることに
より、気泡のない硼酸リチウム単結晶が得られることが
確認された。それにより、従来、気泡発生防止のために
規定されていた成長速度や温度勾配等の制約がなくな
り、さらなる生産性の向上及び高品質化を達成するよう
に硼酸リチウム単結晶の成長における成長速度や温度勾
配等の成長条件を選択することが可能となる。

【００２３】なお、本発明は、上記各実施例により何等
制限されないのはいうまでもない。例えば、硼酸リチウ
ムの出発原料は、上記各実施例において用いた硼酸リチ
ウム粉末に限らず、硼酸リチウムガラスでもよい。ま
た、出発原料を溶融状態に保持する際の雰囲気は、窒素
ガス気流又は真空状態に限らず、水分含有量が１００pp
m以下であれば、不活性ガスや空気などを流してもよい
し、ガスを流さない乾燥した気密状態や減圧状態でもよ
い。さらに、上記各実施例のようにカーボン製るつぼの
中に硼酸リチウムの出発原料を入れる代わりに、カーボ
ンでできたカーボン体を出発原料融液中に沈めるように
してもよい。その際、るつぼはカーボン製に限らないの
はいうまでもない。

【００２４】

【発明の効果】本発明に係る硼酸リチウム原料の製造方
法によれば、出発原料融液中の水分は、カーボンとの反
応により一酸化炭素や二酸化炭素などになって出発原料
融液中から乾燥雰囲気中に放散されるので、出発原料融
液から水分が効率よく除去されるとともに、乾燥雰囲気
から出発原料融液中への水分の溶解が抑制される。従っ
て、水分含有量の極めて低い硼酸リチウム原料を工業的
な実施に適した時間内で製造することができる。

【００２５】そして、その水分含有量の極めて低い硼酸
リチウム原料を用いることにより、気泡のない硼酸リチ
ウム単結晶を製造することができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硼酸リチウム単結晶の成長に用いられる
   硼酸リチウム原料を製造するにあたって、カーボンでで
   きたるつぼ内に硼酸リチウムの出発原料を入れ、乾燥雰
   囲気下で前記るつぼを加熱して前記出発原料を溶融した
   状態で保持した後、その出発原料の融液を固化させるこ
   とを特徴とする硼酸リチウム原料の製造方法。
2. 【請求項２】 硼酸リチウム単結晶の成長に用いられる
   硼酸リチウム原料を製造するにあたって、るつぼ内に硼
   酸リチウムの出発原料とともにカーボンでできたカーボ
   ン体を入れ、乾燥雰囲気下で前記るつぼを加熱して前記
   出発原料を溶融した状態で保持した後、その出発原料の
   融液を固化させることを特徴とする硼酸リチウム原料の
   製造方法。
3. 【請求項３】 前記乾燥雰囲気中の水分含有量は、１０
   ０ppm以下であることを特徴とする請求項１または２記
   載の硼酸リチウム原料の製造方法。