RO114115B1

RO114115B1 - Process for preparing alpha-alpo4 monocrystals

Info

Publication number: RO114115B1
Application number: RO9602054A
Authority: RO
Inventors: Ioan Grozescu; Ioan Muscutariu; Mihail Barzescu; Atena Topciov
Original assignee: Inst De Cercetare A Materiei C
Priority date: 1996-10-28
Filing date: 1996-10-28
Publication date: 1999-01-29

Abstract

Invenția se referă la un procedeu de obținere a monocristalelor de a AIP04 prin solubilizarea policristalelor de AIP04 și cristalizarea acestora în mediu acid, format dintr-un amestec de soluții de H2S04 și HCI. Monocristalele a AIPO4 au aplicații tehnice în optoelectronică.The invention relates to a process for obtaining monocrystals of AIP04 by solubilization of AIP04 polycrystallins and crystallizing them in acidic, formed media of a mixture of H 2 SO 4 and HCl solutions. The monocrystals of AIPO4 have technical applications in optoelectronics.

Description

Invenția se referă la un procedeu de obținere a monocristalelor de alfa - AIP0₄, utilizate în aplicații tehnice, pentru optoelectronică.The invention relates to a process for obtaining alpha monocrystals - AIP0 ₄ , used in technical applications, for optoelectronics.

Se cunosc procedee pentru obținerea hidrotermală a alfa AIP0₄în soluții acide, prin metode multiciclu și prin metoda unui singur ciclu, care prezintă dezavantajul că soluția mineralizatoare nu prezintă concentrația componenților considerați separat și proporția optimă a acestora, în amestec (US 4247358)Procedures are known for the hydrothermal production of alpha AIP0 ₄ in acidic solutions, by multicycle methods and by single cycle method, which has the disadvantage that the mineralizing solution does not have the concentration of the components considered separately and their optimum proportion, in mixture (US 4247358).

Invenția de față urmărește obținerea de monocristale de a/fe-AIP0₄ de calitate superioară, cu dimensiuni de ordinul centimetrilor, din care să poată fi tăiate plăcuțe cu suprafața de ordinul a 0,5 ... 2 cm², pentru realizarea de dispozitive optice și electronice.The present invention aims to obtain single-crystal a / fe-AIP0 ₄ of high quality, with dimensions of the order of centimeters, from which plates with the surface of the order of 0.5 ... 2 cm ² can be cut, for making devices optical and electronic.

Problema tehnică, pe care o rezolvă invenția de față, constă în creșterea vitezei de solubilizare și cristalizare.The technical problem, which is solved by the present invention, is to increase the solubilization and crystallization speed.

Procedeul de obținere a monocristalelor de alfa - AIP0₄, conform invenției, înlătură dezavantajele menționate, prin aceea că policristalele de AIP0₄ utilizate ca material nutritiv se cristalizează în mediu acid, format dintr-un amestec de soluții având o concentrație 8,6 M de H₂S0₄ și HCl, la raport în greutate de 85 : 15.The process for obtaining alpha monocrystals - AIP0 ₄ , according to the invention, removes the mentioned disadvantages, in that the polycrystals of AIP0 ₄ used as a nutrient material crystallize in acidic medium, formed from a mixture of solutions having a concentration of 8.6 M of H ₂ SO ₄ and HCl, at a weight ratio of 85: 15.

Procedeul conform invenției prezintă avantajul că asigură o viteză mare de solubilizare și cristalizare, prin realizarea unei suprasaturații optime.The process according to the invention has the advantage that it ensures a high solubilization and crystallization speed, by achieving an optimal supersaturation.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției în legătură cu fig.1 și 2 care reprezintă:The following is an example of an embodiment of the invention in connection with FIGS.

-fig. 1, fiola din cuarț utilizată pentru aplicarea procedeului conform invenției;FIG. 1, the quartz vial used for applying the process according to the invention;

-fig.2, distribuția de temperatură de-a lungul fiolei.-fig.2, the temperature distribution along the vial.

Se utilizează procedeul cu un singur ciclu de cristalizare, prin introducerea materialului nutritiv 1 cu conținut redus de impurități, într-o soluție 2 formată dintr-un amestec de soluții de concentrație 8,6 M de H_pS0₄ și HCl, în proporție de 85% soluție H₂S0₄ și 15% soluție HCl, ce umple un volum de 80 ... 83% din volumul fiolei 3, plasată dintr-o autoclavă metalică. Se realizează, implicit, o presiune de 400 ... 800 bar, datorită dilatării lichidului, prin creșterea temperaturii în volumul limitat al fiolei și a unei distribuții de temperatură în lungul acesteia astfel, încât în zona inferioară să se obțină o temperatură de 220 ... 27O°C, necesară solubilizării materialului nutritiv, iar în zona superioară, o temperatură de 270 ... 320°C, necesară suprasaturării și cristalizării monocristalelor de alfa - Al P0₄pe germenele 4, alfa - AIP0₄ prezintă un coeficient termic al solubilizării negativ, adică solubilizează la temperaturi scăzute și cristalizează la presiuni superioare celei de solubilizare. Circulația soluției mineralizatoare îmbogățită cu material nutritiv solubilizat este favorizată de diferența de temperatură, creată între cele două zone și de prezența unui obturator 5 cu deschiderea de 50 ... 65% din diametrul interior al fiolei, având și rolul de a reduce distanța de trecere, de la zona mai rece de solubilizare, la zona mai caldă de cristalizare, circulația laminară a soluției mineralizatoare la suprafața germenului monocristalin fiind favorizată de profilul de calotă sferică, a eprubetei și de obturator.The process with a single crystallization cycle is used, by introducing the nutrient material 1 with reduced impurity content, in a solution 2 consisting of a mixture of solutions of concentration 8.6 M of H _p S0 ₄ and HCl, in proportion of 85% H ₂ SO ₄ solution and 15% HCl solution, which fills a volume of 80 ... 83% of the volume of vial 3, placed in a metal autoclave. By default, a pressure of 400 ... 800 bar is achieved, due to the dilation of the liquid, by increasing the temperature in the limited volume of the vial and a temperature distribution along it, so that in the lower area a temperature of 220 is obtained. .. 27O ° C, necessary for the solubilization of the nutrient material, and in the upper area, a temperature of 270 ... 320 ° C, necessary for the supersaturation and crystallization of the monocrystals of alpha - Al P0 ₄ on germs 4, alpha - AIP0 _{4 has} a thermal coefficient. of the negative solubilization, ie solubilizes at low temperatures and crystallizes at pressures higher than solubilization. The circulation of the mineralizing solution enriched with solubilized nutrient material is favored by the temperature difference, created between the two zones and by the presence of an obturator 5 with the opening of 50 ... 65% of the inner diameter of the vial, also having the role of reducing the passage distance. , from the colder solubilization zone, to the warmer crystallization zone, the laminar circulation of the mineralizing solution on the surface of the single crystalline germ being favored by the spherical cap profile, the tube and the obturator.

Solubilizarea materialului nutritivpulbere policristalină de AIP0₄, obținută prin reacția dintre gama - AI₂0₃ și H₃P0₄ - este favorizată de temperatură și de descompunerea ușoară în ioni de Al³⁺ și P0₄ ³ a materialului nutritiv în prezența mediului acid.The solubilization of the polycrystalline powdered nutrient material of AIP0 ₄ , obtained by the reaction between the range - AI ₂ 0 ₃ and H ₃ P0 ₄ - is favored by the temperature and the easy decomposition into Al ³⁺ and P0 ₄ ³ ions of the nutrient material in the presence of the acidic environment.

Curgerea ascendentă a soluției mineralizatoare, îmbogățită cu material nutritiv, este asigurată de gradientul de temperatură între cele două zone ale fiolei, care determină un gradient de concentrație, deci un transport de masă din zona mai rece (de solubilizare), spre zona mai caldă (de cristalizare), unde are loc sărăcirea soluției mineralizatoare în material nutritiv și fixarea AIP0₄ pe suprafața de creștere a germenelui, realizându-se legături specifice, ca urmare a difuziei în pozițiile impuse de relieful de potențial ai acesteia.The upward flow of the mineralizing solution, enriched with nutrient material, is ensured by the temperature gradient between the two zones of the vial, which determines a concentration gradient, thus a mass transport from the colder (solubilization) zone, to the warmer area ( (crystallization), where the mineralizing solution in the nutrient material is depleted and the AIP0 _{4 is} fixed on the seed growth surface, making specific connections, as a result of the diffusion in the positions imposed by its potential relief.

S-au obținut monocristale de alfa AIP0₄, utilizând ca materie primă pulbere policristalină de AIPO₄, care s-a introdus împreună cu soluția mineralizatoare, formată dintr-un amestec de soluții H₂S0₄ și HCl de concentrație 8,6 M, în proporție de 85% soluție H₂S0₄ și 15% HCl, într-o eprubetă de cuarț cu lungimea de 160 mm și diametrul interior de 26 mm. Gradul de umplere al fiolei cu material nutritiv și soluție mineralizatoare a fost de 81 %, temperatura în zona de solubilizare de 245°C, iar în zonaAlpha AIP0 ₄ monocrystals were obtained using polycrystalline powder of AIPO ₄ , which was introduced together with the mineralizing solution, consisting of a mixture of H ₂ SO ₄ and 8.6 M HCl, in proportion. 85% H ₂ SO ₄ solution and 15% HCl, in a quartz tube with a length of 160 mm and an inside diameter of 26 mm. The filling degree of the vial with nutritious material and mineralizing solution was 81%, the temperature in the solubilization zone of 245 ° C, and in the area

RO 114115 Bl de cristalizare, de 295°C, cu o viteză de creștere de 0,9 mm/zi.RO 114115 Bl crystallization, 295 ° C, with a growth rate of 0.9 mm / day.

Claims

Claim

Process for obtaining alpha monocrystals - AIP0 ₄ , by solubilizing and crystallizing the polycrystalline powder of AIP0 ₄ , resulting from the reaction between the range - AI ₂ 0 ₃ and H ₃ P0 ₄ , in a quartz vial placed in a metal autoclave, at pressures between 400 and 800 bars and temperatures of 200 ... 350 ° C, with a temperature gradient between 40 and 60 ° C, characterized in that polycrystals of AIP0 ₄ used as a nutrient material crystallize in acidic medium, consisting of a mixture of solutions having an 8.6 M concentration of H ₂ SO ₄ and HCl at a weight ratio of 85: 1 5.