RU1816813C - Способ получени монокристаллов ортосиликата кали и свинца - Google Patents

Abstract

Использование: выращивание монокристаллов ортосиликата кали  и свинца. Сущность изобретени : кристаллы выт гивают из расплава со скоростью 0,5-0,75 мм/ч на затравку, вращающуюс  со скоростью 20- 30 град/ч. Дл  улучшени  качества к шихте добавл ют 0,2-1,0 мол.% оксида свинца. 1 н. и 1 з.п. ф-лы, 18 пр.

Description

Изобретение относитс  к химической технологии и может быть использовано при выращивании монокристаллов ортосиликата кали  и свинца K2Pb2Si20.

Целью изобретени   вл етс  увеличение размеров монокристаллов.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что кристаллизацию ведут со скоростью выт гивани  0,5-0,75 мм/ч, скоростью вращени  10-20 об/мин, а охлаждение-со скоростью 20-30°С/ч, причем в загрузку дополнительно ввод т окись свинца в количестве 0,2-1,0 мол.%,

Предлагаемое решение позвол ет увеличить размеры качественных монокристаллов K2Pb2Si20 за счет подбора оптимальных условий их выращивани . В предлагаемом способе процесс выращивани  проводили следующим образом.

Исходную шихту, наход щуюс  в платиновом тигле, размещают в ростовой печи установки Чохральского и нагревают до ее

расплавлени , Затем привод т в соприкосновение с расплавом затравочный кристалл и начинают процесс вырамдивани . Рост ведут в направлении 001 или 100. Скорость выт гивани  составл ет 0,5-0,75 мм/ч, скорость вращени  10-20 об/мин, аксиальный температурный градиент 20-30 °С/см, скорость охлаждени  по окончании процесса роста - 20-30 °С/ч. Перед охлаждением кристалл подвергают отжигу в течение 24 часов при 850°С. При скорости выт гивани  свыше 0,75 мм/ч в кристалле наблюдаютс  газовые включени , при скорости выт гивани  менее 0,5 мм/ч увеличиваютс  эн ерго- и трудозатраты без достижени  дополнительного положительного эффекта. При скорости вращени  свыше 20 об/мин фронт кристаллизации становитс  вогнутым, что приводит к захвату газовых включений в, центральной части кристалла вдоль оси роста . При скорости вращени  ниже 10 об/мин фронт кристаллизации становитс 

00

00

ы

выпуклым в расплаве, при этом в кристалле наблюдаютс  газообразные включени  кольцеобразной формы, ориентированные вдоль оси роста. При скорости охлаждени  свыше 30°С/ч выращенные кристаллы растрескиваютс , при скорости охлаждени  менее 20°С/ч увеличиваютс  энерго- и трудозатраты без достижени  дополнительного положительного эффекта. При использовании в качестве исходной шихты состава, содержащего более 1,0 и менее 0,2 мол.% избытка окиси свинца в объеме кристалла наблюдаютс  твердофазные включени , а на штоке и теплоотражающем экране во всех случа х - желто-оранжевый налет. Из результатов РФА следует, что он содержит преимущественно окись свинца. Следовательно , расплав ортосиликата кали  и свинца испар етс  инконгруэнтно, причем в составе паровой фазы преобладает окись свинца. При выращивании монокристаллов из стехиометрического состава происходит обеднение расплава окисью свинца и по вление твердофазных включений. Добитьс  устранени  твердофазных включений удаетс  за счет добавлени  небольшого избытка (0,2-1,0 мол.%) окиси свинца. В этом случае в течение времени, необходимого дл  выращивани  кристалла, изменение состава расплава не успевает превысить определенную критическую величину, после которой в объеме кристалла по вл ютс  твердофазные включени . Избыток окиси свинца свыше 1,0 мол.% также приводит к по влению твердофазиых включений.

Таким образом, предлагаемый способ позвол ет получить монокристаллы ортосиликата кали  и свинца размерами 20 х20 х20 мм, не содержащие включений и трещин. Примеры конкретного выполнени . Пример 1 (прототип). Навеску стехиометрического ортосиликата кали  и свинца весом 150 г размещают в платиновом тигле диаметром 50 и высотой 50 мм, нагревают до 940°С (температура плавлени  918°С), после чего охлаждают расплав в режиме выключенной печи. При этом на поверхности слитка образуютс  отдельные монокристаллические зерна размером до мм. Пример 2. Навеску ортосиликата кали  и свинца общим весом 150 г, содержащую 0,5 мол.% избытка окиси свинца РЬО размещают в платиновом тигле диаметром 50 и высотой 50 мм, который устанавливают в тепловой узел ростовой установки Донец- 1. Вещество расплавл ют, после чего ввод т в контакт с расплавом монокристаллическую затравку, ориентированную в направлении 001 или 100 и осуществл ют процесс выращивани .

Скорость выт гивани  составл ет 0,65 мм/ч, скорость вращени  - 15 об/мин., аксиальный температурный градиент над расплавом - 20-30°С/см. После отрыва от

расплава кристалл отжигают при 850°С в течение 24 ч, после чего охлаждают со скоростью 25°С/ч. Получены монокристаллические образцы размерами 20 х20 х20 мм, не содержащие блоков, трещин, твердофазных

0 и газовых включений.

Пример 3. Аналогично п. 2, но выращивание ведут из стехиометрического состава . Кристалл содержит твердофазные включени .

5 П р и м е р 4. Аналогично п. 2, но выращивание ведут из состава с избытком 0,2 мол.% окиси свинца. Полученные кристаллы не содержат блоков, трещин, твердофазиых и газовых включений.

0 П р и м е р 5. Аналогично п. 2, но выращивание ведут из состава с избытком 1,0 мол.% окиси свинца. Полученные кристаллы не содержат блоков трещин, твердофазных и газовых включений.

5 П р и м е р 6. Аналогично п. 2, но выращивание ведут из состава с избытком 1,2 мол.% окиси свинца. Кристалл содержит твердофазные включени .

Пример 7. Аналогично п. 2, но выт 0 гивание ведут со скоростью 0,3 мм/ч. Получены кристаллы, не содержащие трещин, блоков, твердофазных и газовых включений. Увеличиваютс  энерго- и трудозатраты без достижени  дополнительного положитель5 ного эффекта.

Пример 8. Аналогично п. 2, но выт гивание ведут со скоростью 0,5 мм/ч. Получены кристаллы, не содержащие трещин, блоков, твердофазных и газовых включений.

0 Пример 9. Аналогично п. 2, но выт гивание ведут со скоростью 0,75 мм/ч. Получены кристаллы, не содержащие трещин, блоков, твердофазных и газовых включений. Пример 10. Аналогично п. 2, но

5 выт гивание ведут со скоростью 0,85 мм/ч. Кристаллы содержат твердофазные и газовые включени ,

Пример 11. Аналогично п. 2, но скорость вращени  составл ет 5 об/мин. В

0 кристалле наблюдаютс  газовые включени  кольцеобразной формы, ориентированные вдоль оси роста.

Пример 12. Аналогично п. 2, но скорость вращени  составл ет 10 об/мин.

5 Получены кристаллы, не содержащие трещин , блоков, твердофазных и газовых включений .

Пример 13. Аналогично п. 2, но скорость вращени  составл ет 20 об/мин. Получены кристаллы, не содержащие трещин , блоков, твердофазных и газовых включений .

Пример 14. Аналогично п. 2, но скорость вращени  составл ет 25 об/мин. В кристаллах содержатс  газовые включени , расположенные в виде цепочки вдоль оси роста.

Пример 15. Аналогично п. 2, но скорость охлаждени  выращенных кристаллов составл ет 15°С/ч. Получены кристаллы , не содержащие трещин, однако при этом увеличиваютс  энерго- и трудозатраты без достижени  дополнительного положительного эффекта.

Пример 16. Аналогично п. 2, но скорость охлаждени  составл ет 20°С/ч. Получены кристаллы, не содержащие трещин .

Пример 17. Аналогично п. 2, но скорость охлаждени  составл ет 30°С/ч.

Получены кристаллы, не содержащие тре щин.

Пример 18. Аналогично п. 2, но скорость охлаждени  составл ет 40°С/ч. В кристаллах наблюдаютс  трещины.

Формула.изобретени 

Claims (2)

1. Способ получени  монокристаллов ортосиликата кали  и свинца, включающий расплавление исходной шихты стехиометрического состава, выращивание монокристалла из расплава и его последующее охлаждение, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  размеров монокристал- лов, выращивание ведут путем выт гивани 

монокристалла из расплава со скоростью 0,50-0,75 мм/ч на затравку, вращающуюс  со скоростью 20-30 град/ч.

2. Способ по п. 2, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  качества моно- кристаллов, к исходной шихте добавл ют оксид свинца в количестве 0,2-1,0 мол.%.