JPS61163189A - 単結晶製造用ルツボ - Google Patents

単結晶製造用ルツボ

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JPS61163189A
JPS61163189A JP142385A JP142385A JPS61163189A JP S61163189 A JPS61163189 A JP S61163189A JP 142385 A JP142385 A JP 142385A JP 142385 A JP142385 A JP 142385A JP S61163189 A JPS61163189 A JP S61163189A
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JP
Japan
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crucible
single crystal
zrb2
single crystals
alkali
Prior art date
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Pending
Application number
JP142385A
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English (en)
Inventor
Kazuo Sunahara
一夫 砂原
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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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] 本発明はタンタル酸及び又はニオブ酸アルカリ単結晶特
には、タンタル酸リチウム(LiTaO3)又はタンタ
ル酸ナトリウム(NaTaOz )又は、タンタル酸カ
リウム(KTaO3)又はニオブ酸ナトリウム(NaN
b03)又は、ニオブ酸カリウム(KNbO3)単結晶
又はタンタル酸カリウムとニオブ酸カリウムの固溶体単
結晶を育成製造するに適したルツボに関するものである
[従来の壓り ペロブスカイト型の誘電体について近年様々な物性が研
究され、圧電素子、集電素子、弾性表面波フィルター、
電気光学素子等の応用分野が開かれつつある。
L 1Ta03 、  NaTaO3、KTaO3、N
aNbO3、KNbOzは、なかでも透明な単結晶とし
て得られ広い応用が期待されつつある。
LiTaO3,NaTaO3,KTaO3等のタンタル
酸アルカリ単結晶や、  NaNbO5,KNbO3等
のニオブ酸アルカリ単結晶は、これらの粉末、塊状物を
金属性のルツボに入れて高周波加熱もしくは抵抗発熱体
により加熱熔融し、該熔融物を融点付近に保ちつつ種結
晶を回転させなから該融液に接触させ、徐々に引きあげ
なから該種結晶の下に結晶体を成長させる方法(いわゆ
るチョコラルスキー法)、もしくは、上端が開口してお
り、かつ下端部に該種結晶を設置した円筒状のルツボ中
に、これらの粉末塊状物を入れ、高周波加熱もしくは抵
抗発熱体加勢により加熱熔融し、ルツボを炉中の発丸彫
から除々に低温部に降下させることにより、該種結晶部
の温度を融点以下に保ち、該種結晶の上部に単結晶体を
成長させる方法(いわゆるブリッヂマン法)、によって
製造されている。この場合LiTaO3,NaTaO3
゜KTaO3等のタンタル酸アルカリ単結晶は熔融点が
1600〜1800℃と高いため、比較的安価な白金製
ルツボや白金−ロジウム製ルツボは用いることはできず
、該金属性ルツボの材質としては融点がこれ以上でなけ
ればならず、イリジウム(融点2400℃)製ルツボを
用いるのが一般的である。
しかし、イリジウム製ルツボは大気雰囲気中で用いると
酸化して損耗が著しいため、不活性ガス雰囲気下で用い
る必要がある。不活性ガス雰囲気下で育成された単結晶
は酸素欠陥のため青黒く着色した結晶が得られる。そし
てこの着色は、大気中で1200〜1300℃に加熱す
ることにより脱色させているが、その際、結晶体表面に
浅いクラックガ生じ、次に続く工程を経るうち、これが
内部へ成長しり承壜晶の収率が低下−する。
また、 NaNbO3,KNbO3等の酸化物単結晶は
、引き上げ温度が、 1250 N1400℃と比較的
低いため白金製ルツボを用いることができるが、高純度
の白金製ルツボは非常にやわらかく、機械的強度が低い
ため、ハンドリング上の問題がある。
この白金の機械的強度の低さを改善した材質に白金−ロ
ジウム製のルツボがあるが、白金−ロジウム製ルツボで
、ニオブ酸アルカリを育成した場合、高温でルツボの壁
面よりロジウムが融液中に混入し、育成された単結晶を
汚染する。
このような点に鑑み、本発明者らはその改善をすべく種
々検討、研究した結果として、先にルツボとしてZrB
2(2硼化ジルコニウム)を主成分とする材質を用いる
とよいことを見い出した。
しかしながら、このZrB2製ルツボはKTaO3やニ
11 NaTa03等の単結晶製造には大変優れ−t3°ので
あることが認められたが、同種の単結晶であってもLi
TaO3,NaTb03. KNbO3等の単結晶の育
成には良質な単結晶が得られにくいため適当ではないこ
とが分った。
[発明の解決しようとする問題点] 本発明は、このように一部のタンタル酸又はニオブ酸ア
ルカリ単結晶の製造に適したZrBz製ルツポルツボを
活用しうるちのではないかに着目し、さらに研究した結
果まさに前記した問題点を解決しうることに成功したの
である。
即ち、従来ルツボを使用することによる酸素欠陥による
着色問題、これに伴なう収率低下。
強度不足、単結晶汚染の諸問題を、LiTa0:+や(
Ha 、K)Nb03単結晶の製造においても解決しう
ることが見い出されたものである。
[問題を解決するための手段] 即ち本発明は、化学分析的にZrB2を主成分とし、副
成分としてB4CをZ r02に対して重量%で3〜3
0%含有してなるタンタル酸及び又はニオ提供するもの
である。
このような本発明は前述したようにLiTaO3。
NaTb03. KNbO3単結晶を製造することを目
的としてなされたものであるが、その他NaTaO3。
KTaO3さらにはタンタル酸とニオブ酸カリウムの固
溶体単結晶の育成にも有効であることが見い出された。
即ち、本発明は特定量のB4Cを配合したZrBz製ル
ツポルツボし、該ルツボの中のし1Ta03 。
NaTaO3、KTaO3等のタンタル酸アルカリ又は
NaNbO3,KNbO3等のニオブ酸アルカリ融液か
らブリッヂマン法又は引上法で、タンタル酸リチウム又
はタンタル酸ナトリウム又はタンタル酸カリウムからな
るタンタル酸アルカリ単結晶及びニオブ酸ナトリウム又
はニオブ酸カリウムからなるニオブ酸アルカリ単結晶、
さらにはそれらの固溶体単結晶を育成する方法、特には
還元性雰囲気ではなく通常の空気中などの非還元性雰囲
気下においてもそれらを育成製造しうる方法でもある。
本発明は、このようにSac添加Z rB2製ルツボを
使用することに好ましくは非還元性雰囲気、特には、酸
化性雰囲気下であっても欠点のない単結晶を殆んどルツ
ボを損耗することなく容易に得ることを可能ならしめた
もので、このZ rB2製ルツボとしては次のようなも
のが適当である。
組成・・・・ZrB2100重量部に対し、B4C3〜
30重量部添加した焼結体、好ましくは ZrB2とBaGの合量が90%以上の焼結体。
物性・・・・カサ密度5.15〜3.99 g/cc、
抵抗強度56〜38 kg/+ws+2ビッカース硬度
(Hマ) 2100〜3300kg/一層2 熱膨張率(0〜tooo℃)5.9〜5.4/℃熱伝導
率30〜46 kcal/ rs、hr、”cj比抵抗
3.0〜2.OXl0−5 [Ω・cml耐酸化性(1
300℃、 12hr 、酸化増量)1.7〜2.3m
g/am2 このようなルツボにi゛)て、組成的にB4Cを3〜3
0%としたのは、本発明の単結晶製造用のルツボとして
、3%以下だとKTaO3、NaTaO3゜KTN等の
単結晶の育成には適するものの。
LiTaO3,NaNbO3,KNbO3等の単結晶の
育成には、その融液が、ルツボ壁面を侵食し、融液が汚
染されるため好ましくなく、一方30%以上になるとB
4Cの分解によるものと考えられる炭素が融液中に混入
し、単結晶の育成をさまたげるなど好ましくないからで
あり、尚、より望ましい範囲は10〜25%である。
また、Z rB2とBaGの含量が90%以下だと耐食
性の点で十分でないからであり、望ましくは含量として
、95%以上としておくことである。
尚、 ZrB2. BsC以外の成分としてやや多く含
まれていても支障のないものとしては、SiC。
BNなどが確認されている。
本発明のルツボは次のようにして得ることができる。
まずZrB2は、例えば酸化ジルコニウム、酸化硼素お
よびカーボンの混合物をヲ鴬で反応させることにより得
られ、本焼結体の製造には可及的に純度の高いものを用
いるのが好ましく、また粒径も可及的に小さい粉末が好
ましい。
具体的には純度39%以上、平均粒径10ル謹、特には
17pm以下のものがそれである。
また、副成分として存在せしめる84Gについては、焼
結体としてそのような化合物として所定量が存在してい
ればよいので、出発原料としてはどのような形態のもの
として配合してもよいが、B4C以外の原料を使用した
場合には焼結段階で特別な配慮が必要となるため、通常
配合原料としてBsGとして予め調整しておくのがよい
この84G原料についても可及的に純度の高いものが好
ましく、通常88%以上のものがよい。
原料混合物は通常これらの微粉末を均一に混合する事に
より調整するが、粉砕混合を目的として超微粉砕しても
同様である。一般に混合原料の粒度は10IL■以下が
よく、好ましくは平均粒径lル璽以下にまで十分調整し
ておくこ、1蓮ある。
本発明焼結体はこれらの混合物を例えば黒鉛型に充填し
、真空又はアルゴン、ヘリウム、−酸化炭素などの中性
或は還元性の雰囲気下でホットプレスするか、上記混合
物をラバープレスで成形したものを常圧焼成するかで焼
結可能である。
なお、焼成温度は1700〜2200℃、焼成時間は0
.5〜3時間程度が適当である。
また、このような本発明に用いるZrB2からなる焼結
体は組織的にはZ rB2結晶を主成分とし、この間を
84Gが強度に結合している緻密なものであって、Z 
rB2結晶は極めて微細な結晶で存在し、その特質を存
分に発揮せしめるに至っている。
具体的に言えば、本発明焼結体におけるZ rlh結晶
はその大部分が粒径10p腸以下として存在しているも
のである。
本発明は、このような性質のルツボを使用す−巳とにょ
リトベきことに欠陥のないLiTaO3,NaTa0:
+、 KTaO3等のタンタル酸7)Lyカリ単結晶や
NaNbO3,KNbO3等のニオブ酸アルカリ単結晶
の製造を大気中においてルツボの十分な耐用性のもとに
見い出すことに成功したのである。
[実施例] 実施例1 ZrB2100重量部に対して、84C15重量部を加
えて、成形、焼成して得たB4C添加ZrB2焼結体を
、内径40+u+φ、外径50+*mφ、深さ40mm
のルツボに加工した。
このルツボの内に、原料とLi2CO3: Ta2os
−=95.35 :1100(◎1比)に科料した原料
をメノウ乳鉢中で3時間混合した後750kg/cm2
の成形圧で成形し1200℃で3hr焼成したタンタル
酸リチウム焼結体を入れ、高周波加熱型単結晶引上装置
でタンタル酸リチウム焼結体を加熱溶融した。
溶融温度は1670℃であった。
この融液に種結晶を接触させ、回転させながら引上げる
コglこより単結晶を育成した。
この際の引上げ条件は次の通りである。
引上げ速度61鳳八T、引上げ軸回転数8rp■、ルツ
ボ回転数1Orpm、炉内の雰囲気は大気雰囲気であっ
た。
得られた、単結晶は透明であり、酸素欠陥からくる青黒
い着色はなくクラック発生の原因となる脱色の必要はな
かった。
また、白金−ロジウム製ルツボを用いて育成した時に見
られる様な、赤色の着色も見られなかった。
また単結晶育成に用いたルツボは、大気雰囲気に接する
表面は数十gmの白金酸化物層を形成していたが、融液
に接している部分はほとんど変質しておらずイリジウム
製ルツボを大気中で使用した時見られた様な損耗は見ら
れなかった。
尚、得られた単結晶は大きさが18mmφ、長さ30層
■であった。
実施例2 ZrB2100重量部に対して、BaG 20重量部を
加えて、成形、焼成した84G添加ZrB2焼結体を、
内径40層鳳φ、外径50層腸φ、深さ40+amのル
ツボに加工した。
このルツボ内に、原料比に2C03:Nb2O5:98
 :IQO(mol比)に科料した原料をメノウ乳鉢中
で3hr混合した後750kg/c■2の成形圧で成形
 ・し850℃で3hr焼成したニオブ酸カリウム焼結
体を入れ、高周波加熱型単結晶引上装置でニオブ酸カリ
ウム焼結体を加熱溶融した。溶融温度は1250℃であ
った。
この融液に種結晶を接触させ、回転させながら引上げる
ことにより単結晶を育成した。
この際の引上げ条件は次の通りである。
引上げ速度5層腸ハr、引上げ回転数7rpm、ルツボ
回転数1Orpm、炉内の雰囲気は大気雰囲気であった
得られた、単結晶は透明であり、酸素欠陥からくる青黒
い着色はなく、クラック発生の原因となる脱色の必要は
なかった。
また、白金−ロジウム製ルツボを用いて育成した時に見
られる様な、赤色の着色も見られなかった。
また、単結晶育成に使用したルツボは、大気雰囲気に接
する表面は数gmの白金酸化物層を形成していたが、融
液に接している部分はほとんど変質していなかった。
尚、得られた単結晶は大きさが1essφ、長さ28s
鵬であった。
[発明の効果] このように1本発明は、B4C添加Z rB2製ルツボ
を用いることにより従来のイリジウム製ルツボのように
不活性雰囲気中で、行なうことに束縛されることなく非
還元性雰囲気中例えば大気中であっても酸素欠陥のため
青黒く着色されていないLiTa0:+ 、NaTaO
3,KTaO3等のタンタル酸アルカリ、単結晶が得る
ことができるので、従来方法で必要であった脱色処理や
それに伴なうクラックの発生を防止することができるば
かりい。
またNaNbO3,KNbO3の単結晶育成に用いた場
合、大気中でルツボの十分な耐用性のもとて単結晶の育
成を行なうことができるため、白金−ロジウム製ルツボ
を用いて行なった場合に見られるような赤色の着色がな
い良質な単結晶を得ることができ、その工業的価値は多
大である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、化学分析的にZrB_2を主成分とし、副成分とし
    てB_4CをZrB_2に対して重量%で3〜30%含
    有してなるタンタル酸及び又はニオブ酸アルカリ単結晶
    を製造するためのルツボ。
JP142385A 1985-01-10 1985-01-10 単結晶製造用ルツボ Pending JPS61163189A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2005124398A1 (ja) * 2004-06-22 2008-04-10 日本電信電話株式会社 光学材料、光学レンズおよびプリズム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2005124398A1 (ja) * 2004-06-22 2008-04-10 日本電信電話株式会社 光学材料、光学レンズおよびプリズム

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