RU2072004C1 - Method of growing monocrystals of lithium ferrospinel - Google Patents

Method of growing monocrystals of lithium ferrospinel Download PDF

Info

Publication number
RU2072004C1
RU2072004C1 RU92003650A RU92003650A RU2072004C1 RU 2072004 C1 RU2072004 C1 RU 2072004C1 RU 92003650 A RU92003650 A RU 92003650A RU 92003650 A RU92003650 A RU 92003650A RU 2072004 C1 RU2072004 C1 RU 2072004C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
melt
solution
crystals
oxide
Prior art date
Application number
RU92003650A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU92003650A (en
Inventor
Л.Н. Безматерных
Н.А. Соколова
Original Assignee
Институт физики им.Л.В.Киренского СО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт физики им.Л.В.Киренского СО РАН filed Critical Институт физики им.Л.В.Киренского СО РАН
Priority to RU92003650A priority Critical patent/RU2072004C1/en
Publication of RU92003650A publication Critical patent/RU92003650A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2072004C1 publication Critical patent/RU2072004C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: inorganic synthesis. SUBSTANCE: invention relates to crystals applicable to devices based on magnetic excitements. 17.1-18.0 wt % boron oxide is melted in a crucible with 52.0-53.5 wt % bismuth(III) oxide, 17.2-18.0 wt % lithium carbonate, and ferric oxide (balance). Solution-melt is heated to 980-1000 C, then temperature gradient is established with vertical constituent 1-3 C (temperature lowers with distance from crucible bottom) and the solution-melt is maintained at this temperature for 20-24 h, 4-6 h of them under stirring. At a temperature exceeding saturation temperature by 5-10 C, melt is brought in contact with horizontally oriented surfaces of inoculations. Crystal carrier with inoculations is rotated with velocity 40-60 rpm. 20-30 min later temperature is lowered 5-7 C below saturation temperature and further according to program with increasing cooling velocity from 1 to 5 C a day. At 750-800 C crystal carrier is lifted and grown up crystals beyond the solution-melt are cooled to room temperature with velocity 40-50 C per 1 h. The thus prepared specimens for magnetoacoustic investigations have H = 1.8-2.0 e at frequency 9.1 Hz. EFFECT: improved procedure.

Description

Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов из растворов-расплавов и может найти применение при получении монокристаллов литиевой феррошпинели LiFe5O8 для устройств на основе магнитных возбуждений.The invention relates to a technology for growing single crystals from molten solutions and may find application in the preparation of single crystals of lithium ferrospinel LiFe 5 O 8 for devices based on magnetic excitations.

В известных раствор-расплавных способах выращивания монокристаллов литиевой феррошпинели окись железа Fe2O3 и карбонат лития Li2CO3 сплавляли с окисью бора В2O3 и окисью свинца PbO. Расплав несколько часов перегревали при температурах 1025 oC 1060oС, затем охлаждали со скоростью 0,8 oC 2 град/час до температур 300 600oС. Выросшие кристаллы отделяли от затвердевшего раствора-расплава растворением последнего в горячем растворе азотной кислоты.In known solution-melt methods of growing single crystals of lithium ferrospinel, iron oxide Fe 2 O 3 and lithium carbonate Li 2 CO 3 were fused with boron oxide B 2 O 3 and lead oxide PbO. The melt was overheated for several hours at temperatures of 1025 o C 1060 o C, then cooled at a speed of 0.8 o C 2 deg / h to temperatures of 300 600 o C. The grown crystals were separated from the solidified melt solution by dissolving the latter in a hot solution of nitric acid.

Эти способы cо спонтанным зарождением не позволяют воспроизводимо получать высококачественные монокристаллы для прикладных разработок и технических применений. These methods with spontaneous nucleation do not allow reproducibly producing high-quality single crystals for applied research and technical applications.

Способ, описанный в [1] которым были получены наиболее крупные кристаллы, выбран за прототип. По этому способу окись железа Fe2O3 и карбонат лития Li2CO3 сплавляли с окисью бора B2O3 и окисью свинца PbO при следующих соотношениях, мол.The method described in [1] by which the largest crystals were obtained is selected for the prototype. According to this method, iron oxide Fe 2 O 3 and lithium carbonate Li 2 CO 3 were fused with boron oxide B 2 O 3 and lead oxide PbO in the following ratios, mol.

В2O3 20,28 (8,9 мас.)
PbO 44,32 (62,2 мас.)
Fe2O3 23,09 (23,2 мас.)
Li2CO3 12,31 (5,7 мас.)
Раствор-расплав, приготовленный в 500 мл платиновом тигле, нагревали до 1060o и, установив температурный градиент с вертикальной составляющей +0,7oС/см (температура в растворе-расплаве возрастает при удалении от дна тигля), выдерживали 12 час. После этого раствор-расплав охлаждали со скоростью 0,8oС/час до 600oС, а затем с выключенной печью. От затвердевшей массы растворением ее в горячем водном растворе азотной кислоты было отделено 6 кристаллов размером до 1 см и один с максимальным размером до 2 см.
In 2 O 3 20.28 (8.9 wt.)
PbO 44.32 (62.2 wt.)
Fe 2 O 3 23.09 (23.2 wt.)
Li 2 CO 3 12.31 (5.7 wt.)
The melt solution prepared in a 500 ml platinum crucible was heated to 1060 o and, having established a temperature gradient with a vertical component of +0.7 o C / cm (the temperature in the melt solution increases with distance from the bottom of the crucible), was held for 12 hours. After that, the solution-melt was cooled at a speed of 0.8 o C / hour to 600 o C, and then with the oven turned off. From the hardened mass, 6 crystals up to 1 cm in size and one with a maximum size of up to 2 cm were separated by dissolving it in a hot aqueous solution of nitric acid.

Главный недостаток этого способа в том, что он не обеспечивает воспроизводимое выращивание высококачественных монокристаллов литиевой феррошпинели с размерами, необходимыми для СВЧ-устройств для магнитоупругих и магнитостатических волнах. Из-за микродефектов в виде включений раствора-расплава лишь отдельные части выращенных кристаллов были пригодны для изготовления образцов. Качественная доля в наиболее крупном блочном кристалле была меньше. Вместе с тем с увеличением размеров кристаллов наблюдалась возрастающая роль "полосчатости". В кристаллах отмечались трещины, обусловленные охлаждением в затвердевающем растворе-расплаве. В этом способе со спонтанным зарождением как число, так и размеры кристаллов и их качество существенно меняются от эксперимента к эксперименту. The main disadvantage of this method is that it does not provide reproducible growing of high-quality single crystals of lithium ferrospinel with the dimensions required for microwave devices for magnetoelastic and magnetostatic waves. Due to microdefects in the form of inclusions of the melt solution, only certain parts of the grown crystals were suitable for the manufacture of samples. The qualitative fraction in the largest block crystal was less. At the same time, with an increase in crystal sizes, an increasing role of "banding" was observed. Cracks were observed in the crystals due to cooling in the solidified melt solution. In this method with spontaneous nucleation, both the number and size of crystals and their quality vary significantly from experiment to experiment.

Цель изобретения увеличение размеров монокристаллов и воспроизводимости их свойств. The purpose of the invention is the increase in the size of single crystals and the reproducibility of their properties.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем сплавление окиси железа Fe2O3 и карбоната лития Li2СO3 с двойной оксидной смесью, содержащей окись бора В2O3, последующий перегрев и кристаллизацию при охлаждении, вторым компонентом смеси вводят окись висмута Bi2O3 при следующем общем соотношении в мас.This goal is achieved by the fact that in the known method, comprising fusing iron oxide Fe 2 O 3 and lithium carbonate Li 2 CO 3 with a double oxide mixture containing boron oxide B 2 O 3 , subsequent overheating and crystallization upon cooling, oxide is introduced as the second component of the mixture bismuth Bi 2 O 3 in the following general ratio in wt.

B2O3 17,1 18,0
Bi2O3 52,0 53,5
Li2CO3 17,2 18,0
Fe2O3 остальное,
полученный раствор-расплав нагревают до 980 1000oС и, установив температурный градиент с вертикальной составляющей (1 3)oC/см (температура убывает при удалении от дна тигля), выдерживают 20 24 час, из них 4 6 час с перемешиванием, затем при температуре на 5 10oС выше температуры насыщения Тнас горизонтально ориентированные поверхности (III) затворок приводят в соприкосновение с раствором-расплавом и, вращая кристаллодержатель со скоростью 40 60 об/мин, через 20 30 мин температуру снижают на 5 7oС ниже Тнас и далее по программе с увеличением скорости охлаждения от 1 до 5oC/сутки, а при температуре 750 800oС кристаллодержатель приподнимают, и выросшие кристаллы вне раствора-расплава охлаждают до комнатной температуры со скоростью 40 50oС в час.
B 2 O 3 17.1 18.0
Bi 2 O 3 52.0 53.5
Li 2 CO 3 17.2 18.0
Fe 2 O 3 the rest,
the resulting molten solution is heated to 980 1000 o C and, having established a temperature gradient with a vertical component (1 3) o C / cm (the temperature decreases with distance from the bottom of the crucible), incubated for 20 24 hours, of which 4 6 hours with stirring, then at a temperature on May 10 o C above the saturation temperature T we horizontally oriented surface (III) zatvorok brought into contact with a solution, melt and rotating the chip at a rate of 40 to 60 rev / min, 20 30 min, the temperature was lowered to July 5 o C lower T us to continue the program with increasing speed Okhla Denia from 1 to 5 o C / day, and at a temperature of 750 800 o C chip carrier is lifted, and the grown crystals melt solution is cooled to room temperature at a rate of 40 to 50 o C per hour.

Из общедоступных источников информации на дату подачи заявки не известен заявляемый способ выращивания монокристаллов литиевой феррошпинели LiFe5O8, из чего следует, что изобретение является новым.From publicly available sources of information at the filing date of the application is not known the claimed method of growing single crystals of lithium ferrospinel LiFe 5 O 8 , which implies that the invention is new.

В заявляемом способе при указанном соотношении компонентов раствора-расплава литиевая феррошпинель является высокотемпературной фазой, кристаллизующейся в температурном интервале от 900 950oС до 740 - 750oС. Плотность раствора-расплава меньше ее плотности, что исключает возможность стабильного длительного развития свободно "плавающих" "паразитных" кристаллов. Перегревом такого раствора-расплава при 980 1000oС (т.е. при температурах на 50 80oС выше температуры насыщения) в неоднородном поле с температурой, убывающей при удалении от дна тигля, и перемешивании достигается полная гомогенность независимо от исходного состояния. Введением затравок фиксируется начальное число центров кристаллизации и поверхность роста. Температурное поле, гидродинамические условия и режим охлаждения после введения затравок согласованы так, что происходит преимущественная кристаллизация на затравках, вращающихся в приповерхностном слое раствора-расплава. Рост кристаллов идет в условиях, близких к равновесным при интенсивном омывании их граней раствором-расплавом, и вероятность образования макродефектов типа включений раствора-расплава мела. Охлаждение выросших кристаллов до комнатной температуры вне затвердевшего раствора-расплава исключает возникновение напряжений и трещин.In the inventive method, with the specified ratio of the components of the solution-melt, lithium ferrospinel is a high-temperature phase crystallizing in the temperature range from 900 950 o C to 740 - 750 o C. The density of the solution-melt is less than its density, which excludes the possibility of stable long-term development of free-floating "parasitic" crystals. Overheating of such a melt solution at 980-1000 ° C (i.e., at temperatures of 50-80 ° C higher than the saturation temperature) in an inhomogeneous field with a temperature decreasing with distance from the bottom of the crucible and stirring achieves complete homogeneity regardless of the initial state. By introducing seeds, the initial number of crystallization centers and the growth surface are fixed. The temperature field, hydrodynamic conditions, and the cooling regime after the introduction of the seeds are coordinated so that predominant crystallization occurs on the seeds rotating in the surface layer of the melt solution. The growth of crystals occurs under conditions close to equilibrium with intensive washing of their faces with a solution-melt, and the probability of the formation of macrodefects such as inclusions of a solution-melt of chalk. Cooling the grown crystals to room temperature outside the solidified melt solution eliminates the occurrence of stresses and cracks.

Отклонения от соотношения компонентов, а также от теплофизических и гидродинамических параметров, указанных в заявляемом способе, сопровождаются пополнением факторов, которые ведут в конечном счете или к уменьшению размеров получаемых кристаллов, или к снижению их качества и воспроизводимости. Так с увеличением содержания B2O3 и Bi2O3 (соответственно уменьшением Li2CO3) за указанными пределами заметно сужается температурный интервал кристаллизации феррошпинели, и при некотором превышении вообще высокотемпературной фазой становится гематит. Сужение интервале кристаллизации феррошпинели с последующей сменой высокотемпературной фазы происходит и при уменьшении содержания В2O3 и Bi2O3 (соответственно увеличении Li2CO3) за указанными пределами. Однако в этом случае конкурирующей фазой будет Li2O содержащее соединение. Наряду с этим следует указать, что обеднение раствора-расплава компонентами с малой плотностью (B2O3 и Li2CO3) недопустимо из-за опасности роста "паразитных" плавающих кристаллов. При обогащении же такими компонентами растет разность плотностей феррошпинели и раствора-расплава, и для обеспечения преимущественной кристаллизации на затравках потребуются большие температурные градиенты, а это неизбежно приведет к росту температурных колебаний и сужению метастабильной зоны. Концентрация Fe2O3 не может быть увеличена (с ее ростом на один мас. температура насыщения увеличивается на 20 25oС), иначе рабочие температуры превысят 1000oС, что повлечет неконтролируемое изменение условий кристаллизации из-за интенсивного испарения. Понижение же концентрации Fe2O3 непосредственно означает уменьшение размеров выращиваемых кристаллов.Deviations from the ratio of components, as well as from the thermophysical and hydrodynamic parameters specified in the claimed method, are accompanied by the replenishment of factors that ultimately lead either to a decrease in the size of the resulting crystals, or to a decrease in their quality and reproducibility. Thus, with an increase in the content of B 2 O 3 and Bi 2 O 3 (respectively, a decrease in Li 2 CO 3 ), the temperature range of crystallization of ferrospinel noticeably narrows beyond these limits, and with some excess, the hematite becomes a high-temperature phase. A narrowing of the crystallization interval of ferrospinel followed by a change in the high-temperature phase occurs with a decrease in the content of B 2 O 3 and Bi 2 O 3 (respectively, an increase in Li 2 CO 3 ) beyond these limits. However, in this case, the competing phase will be Li 2 O containing compound. Along with this, it should be pointed out that depletion of the melt solution by low-density components (B 2 O 3 and Li 2 CO 3 ) is unacceptable because of the danger of the growth of “parasitic” floating crystals. When enriched with such components, the density difference between the ferrospinel and the melt solution increases, and to ensure predominant crystallization on the seeds, large temperature gradients will be required, and this will inevitably lead to an increase in temperature fluctuations and a narrowing of the metastable zone. The concentration of Fe 2 O 3 cannot be increased (with its increase by one mass%, the saturation temperature increases by 20 25 o С), otherwise the working temperatures will exceed 1000 o С, which will entail an uncontrolled change in crystallization conditions due to intensive evaporation. A decrease in the concentration of Fe 2 O 3 directly means a decrease in the size of the grown crystals.

Убывание температуры в растворе-расплаве при удалении от дна тигля на стадии перегрева способствует ускорению гомогенизации, а при охлаждении необходимо для преимущественной кристаллизации на затравках, вращающихся в приповерхностном слое. При величине вертикальной составляющей градиента менее 1oС/см заметно снижается доля вещества, кристаллизующегося на затравках, в то время как при градиентах более 3oС/см из-за роста температурных колебаний снижается качество кристаллов.A decrease in the temperature in the melt solution when moving away from the bottom of the crucible at the stage of overheating promotes acceleration of homogenization, and when cooling is necessary for predominant crystallization on seeds rotating in the surface layer. When the magnitude of the vertical component of the gradient is less than 1 o C / cm, the fraction of the substance crystallizing on the seeds decreases markedly, while at gradients of more than 3 o C / cm, the quality of the crystals decreases due to an increase in temperature fluctuations.

20 30-минутная выдержка затравок при температурах на 5 10oС выше температуры насыщения позволяет растворить лишь поверхностный нарушенный слой затравок и тем самым исключить наследование кристаллов соответствующих дефектов. При введении затравок в раствор-расплав при температуре насыщения или ниже ее возможно также и "запаразичивание".20 30-minute exposure of the seeds at temperatures of 5 10 o C above the saturation temperature allows you to dissolve only a surface disturbed layer of seeds and thereby exclude the inheritance of crystals of the corresponding defects. When seeds are introduced into the molten solution at a saturation temperature or lower, parasitization is also possible.

Начальная температура роста Тнач Тнас (5 7)oС выбирается в середине зоны метастабильности, а темп дальнейшего охлаждения соответствует росту 1 4 кристаллов со скоростями 0,5 0,7 мм/сут. Вращением кристаллов со скоростью 40 60 об/мин практически исключается возможность образования включений раствора-расплава. Рост завершают при температурах 750 - 800oС, так как из-за снижения концентрации кристаллообразующих окислов и роста вязкости раствора-расплава развитие кристаллов замедляется, увеличивается вероятность возникновения макродефектов типа включений раствора-расплава.The initial growth temperature T beginning T us (5 7) o С is chosen in the middle of the metastability zone, and the rate of further cooling corresponds to the growth of 1 4 crystals with speeds of 0.5 0.7 mm / day. The rotation of the crystals at a speed of 40-60 rpm virtually eliminates the possibility of the formation of inclusions of the solution-melt. The growth is completed at temperatures of 750 - 800 o C, since due to a decrease in the concentration of crystal-forming oxides and an increase in the viscosity of the melt solution, the development of crystals slows down, the likelihood of macrodefects such as inclusions of the solution-melt increases.

Таким образом, в предлагаемом способе выращивания физико-химические свойства раствора-расплава, температурные и гидродинамические режимы согласованы так, что основная доля вещества кристаллизуется на затравках в условиях, близких к равновесным, а это позволяет существенно увеличить размеры монокристаллов и воспроизводимость их свойств. Thus, in the proposed method of growing, the physicochemical properties of the melt solution, temperature and hydrodynamic regimes are coordinated so that the bulk of the substance crystallizes on the seeds under conditions close to equilibrium, and this can significantly increase the size of single crystals and the reproducibility of their properties.

Пример 1. Раствор-расплав массой 1900 г был приготовлен в 800 мл платиновом цилиндрическом стакане (D= 100 мм) сплавлением при температуре 980oС окиси железа и карбоната лития со смесью окиси бора и окиси висмута в соотношении, мас.Example 1. A solution-melt weighing 1900 g was prepared in a 800 ml platinum cylindrical glass (D = 100 mm) by fusion at a temperature of 980 o With iron oxide and lithium carbonate with a mixture of boron oxide and bismuth oxide in the ratio, wt.

B2O3 17,6
Bi2O3 53,3
Li2CO3 17,9
Fe2O3 11,2
Квалификация всех реактивов "ОСЧ". Необходимое распределение температуры в растворе-расплаве с вертикальной составляющей (1 3)oС/см устанавливали регулированием тепловой мощности, отдаваемой основными вертикально расположенными и подовыми горизонтальными карбид-кремниевыми нагревателями кристаллизационной печи. В таком неоднородном поле при температуре 980oС (здесь и далее указываются отсчеты по регулирующей термопаре, расположенной на уровне поверхности раствора-расплава с внешней стороны стакана) раствор-расплав выдерживали 24 час, причем последние 6 час с перемешиванием (ω=60 об/мин).
B 2 O 3 17.6
Bi 2 O 3 53.3
Li 2 CO 3 17.9
Fe 2 O 3 11.2
Qualification of all reagents "OSH". The necessary temperature distribution in the melt solution with a vertical component (1 3) o C / cm was set by controlling the heat output given by the main vertically located and bottom horizontal silicon carbide-silicon heaters of the crystallization furnace. In such an inhomogeneous field at a temperature of 980 ° C (hereinafter, readings are indicated for a control thermocouple located at the surface of the melt solution on the outside of the glass), the melt solution was held for 24 hours, with the stirring being the last 6 hours (ω = 60 r / min).

Температура равновесия кристалла литиевой феррошпинели с раствором-расплавом в центре его поверхности (Тнас), зафиксированная с точностью 2oС, составляла 900oС.The equilibrium temperature of the lithium ferrospinel crystal with the molten solution in the center of its surface (T us ), recorded with an accuracy of 2 o C, was 900 o C.

После завершения перегрева в печь был введен кристаллодержатель с двумя затравочными кристаллами, у каждого из которых грани (III), ориентированные горизонтально, были обращены к поверхности раствора-расплава и находились в одной плоскости. Эти грани в виде правильных треугольников имели площади соответственно 0,15 см2 и 0,1 см2. При Т=Тнас - 10oС=910oС затравки были приведены в соприкосновение с раствором-расплавом и включено вращение кристаллодержателя (w=50 об/мин). Через 30 мин температуру понизили до Тначнас
6oС= 894oС, и далее охлаждение осуществляли по программе, приведенной в табл.1:
При ТКОН= 782oС кристаллодержатель подняли до разрыва контакта выросших кристаллов с раствором-расплавом и печь охлаждали до комнатной температуры по 40 50oС/час.
After overheating was completed, a crystal holder with two seed crystals was introduced into the furnace, each of which facets (III), oriented horizontally, were facing the surface of the melt solution and were in the same plane. These faces in the form of regular triangles had areas of 0.15 cm 2 and 0.1 cm 2, respectively. At T = T us - 10 ° C = 910 ° C, the seeds were brought into contact with the molten solution and the rotation of the crystal holder was switched on (w = 50 rpm). After 30 minutes, the temperature was lowered to T beg = T us
6 o C = 894 o C, and then cooling was carried out according to the program given in table 1:
At T KOH = 782 ° C, the crystal holder was raised until the contact between the grown crystals and the melt solution broke, and the furnace was cooled to room temperature at 40 ° -50 ° C / hour.

Один из выросших кристаллов имел вес 38,2 г и размер 32 мм, второй кристалл имел вес 29,8 г и размер 30 мм. Грани кристаллов были зеркальными и свободными от макродефектов, с плотностью дислокации не более 10 см-2. Из кристаллов были изготовлены образцы в виде дисков (D 5 7 мм, h 2 4 мм), цилиндров (D 3 4 мм, l 10 12 мм) для магнитоакустических исследований и сфер для ФМР. Минимальная ширина линии на частоте 9,1 гГц при комнатной температуре (Н 1,8 2 Э) соответствовала лучшим значениям, приведенным в литературе.One of the grown crystals had a weight of 38.2 g and a size of 32 mm, the second crystal had a weight of 29.8 g and a size of 30 mm. The crystal faces were specular and free from macrodefects, with a dislocation density of not more than 10 cm -2 . Crystals were used to make samples in the form of disks (D 5 7 mm, h 2 4 mm), cylinders (D 3 4 mm, l 10 12 mm) for magnetoacoustic studies and spheres for FMR. The minimum line width at a frequency of 9.1 GHz at room temperature (H 1.8 2 Oe) corresponded to the best values given in the literature.

Пример 2. Раствор-расплав массой 1900 г был приготовлен в 800 мл платиновом цилиндрическом стакане (D=100 мл) сплавлением при 980oС окиси железа и карбоната лития со смесью окиси бора и окиси висмута при соотношении, мас.Example 2. A molten solution weighing 1900 g was prepared in 800 ml of a platinum cylindrical glass (D = 100 ml) by fusion at 980 o With iron oxide and lithium carbonate with a mixture of boron oxide and bismuth oxide in the ratio, wt.

B2O3 17,2
Bi2O3 52,1
Li2O3 17,4
Fe2O3 13,3
Квалификация всех реактивов "ОСЧ". Температура насыщения этого раствора-расплава Тнас= 946oС. Использовали кристаллизационную печь, описанную в примере 1. Перегрев проводили при Т=1000oС в течение 24 час, из них последние 4 час с перемешиванием (w=60 об/мин). После завершения перегрева в печь был введен кристаллодержатель с четырьмя затравочными кристаллами, у каждого из которых горизонтально ориентированные грани (III) были обращены к поверхности раствора-расплава и находились в одной плоскости. Эти грани в виде правильных треугольников имели площади 0,1 см2, 0,13 см2, 0,15 см2, 0,17 см2. При Т= Тнас+5oС= 951oС затравки были приведены в соприкосновение с раствором-расплавом и включено вращение кристаллодержателя (w=40 об/мин). Через 20 мин температуру понизили до Тначнас - 7oС=939oС, и далее охлаждение вели по программе, приведенной в табл.2:
При ТКОН=770oС кристаллодержатель подняли до разрыва контакта кристаллов с раствором-расплавом и печь охлаждали до комнатной температуры по 40 50oС/час. Общий вес полученных кристаллов 117 г, их максимальные размеры (31 мм, 30,5 мм, 28 мм, 25 мм). Плотность дислокаций на зеркальных гранях не превышали 102 см-2, грани кристаллов не имели макродефектов. Из кристаллов были изготовлены образцы для магнитоакустических исследований и сферы для ФМР. Минимальная ширина линии (f=9,1 гГц, Т=300К) находилась в пределах 1,8 2 Э, что соответствует лучшим значениям, приведенным для литиевой феррошпинели в литературе.
B 2 O 3 17.2
Bi 2 O 3 52.1
Li 2 O 3 17.4
Fe 2 O 3 13.3
Qualification of all reagents "OSH". The saturation temperature of this melt solution is T us = 946 o C. The crystallization furnace described in Example 1 was used. Overheating was carried out at T = 1000 o C for 24 hours, of which the last 4 hours with stirring (w = 60 rpm) . After overheating was completed, a crystal holder was introduced into the furnace with four seed crystals, each of which horizontally oriented faces (III) were facing the surface of the melt solution and were in the same plane. These faces in the form of regular triangles had areas of 0.1 cm 2 , 0.13 cm 2 , 0.15 cm 2 , 0.17 cm 2 . At T = T us +5 ° C = 951 ° C, the seeds were brought into contact with the molten solution and the rotation of the crystal holder was switched on (w = 40 rpm). After 20 minutes, the temperature was lowered to T beg = T us - 7 o С = 939 o С, and then cooling was carried out according to the program given in Table 2:
At T KOH = 770 ° C, the crystal holder was raised to break the contact of the crystals with the melt solution and the furnace was cooled to room temperature at 40 ° -50 ° C / hour. The total weight of the obtained crystals is 117 g, their maximum sizes (31 mm, 30.5 mm, 28 mm, 25 mm). The dislocation density on the mirror faces did not exceed 10 2 cm -2 , the crystal faces did not have macrodefects. Crystals were used to make samples for magnetoacoustic studies and spheres for FMR. The minimum line width (f = 9.1 GHz, T = 300K) was in the range of 1.8 2 Oe, which corresponds to the best values given for lithium ferrospinel in the literature.

Данные по другим экспериментам, проведенным по той же схеме, но с другими соотношениями компонентов, приведены в табл.3. Data for other experiments conducted according to the same scheme, but with different ratios of components, are given in Table 3.

Claims (1)

Способ выращивания монокристаллов литиевой феррошпинели LiFe5O8, включающий сплавление окиси железа Fe2O3 и карбоната лития Li2CO3 с двойной оксидной смесью, содержащей окись бора B2O3, последующий перегрев и кристаллизацию при охлаждении, отличающийся тем, что вторым компонентом оксидной смеси вводят окись висмута Bi2O3 при следующем соотношении компонентов, мас.A method of growing single crystals of lithium ferrospinel LiFe 5 O 8 , comprising fusing iron oxide Fe 2 O 3 and lithium carbonate Li 2 CO 3 with a double oxide mixture containing boron oxide B 2 O 3 , followed by overheating and crystallization upon cooling, characterized in that the second a component of the oxide mixture is introduced bismuth oxide Bi 2 O 3 in the following ratio, wt. B2O3 17,1 18,0
Bi2O3 52,0 53,5
Li2CO3 17,2 18,0
Fe2O3 Остальное
полученный раствор-расплав нагревают до 980 1000oC, устанавливают вертикальный градиент температуры 1 3oC/см при уменьшении температуры в направлении от дна тигля, выдерживают 20 24 ч, из них 4 6 ч при перемешивании, затем при температуре на 5 10oC выше температуры насыщения приводят в соприкосновение с раствор-расплавом горизонтально ориентированные в направлении поверхности затравок, размещенных на кристаллодержателе, и вращают его со скоростью 40 60 об/мин и через 20 30 мин снижают температуру на 5 7oC ниже температуры насыщения, после чего охлаждение ведут до 750 800oC, постепенно увеличивая скорость охлаждения от 1 до 5oC/сут, затем кристаллодержатель поднимают и выросшие кристаллы охлаждают вне раствора-расплава до комнатной температуры со скоростью 40 - 50oC/ч.
B 2 O 3 17.1 18.0
Bi 2 O 3 52.0 53.5
Li 2 CO 3 17.2 18.0
Fe 2 O 3 Else
the resulting molten solution is heated to 980 1000 o C, establish a vertical temperature gradient of 1 3 o C / cm with decreasing temperature in the direction from the bottom of the crucible, incubated for 20 24 hours, of which 4 6 hours with stirring, then at a temperature of 5 10 o C above the saturation temperature, they are brought into contact with the solution-melt horizontally oriented in the direction of the surface of the seeds placed on the crystal holder, and rotate it at a speed of 40-60 rpm and after 20 30 minutes reduce the temperature by 5 7 o C below the saturation temperature, after which chilled lead to 750 800 o C, gradually increasing the cooling rate from 1 to 5 o C / day, then the crystal holder is raised and the grown crystals are cooled outside the melt solution to room temperature at a speed of 40 - 50 o C / h.
RU92003650A 1992-11-04 1992-11-04 Method of growing monocrystals of lithium ferrospinel RU2072004C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92003650A RU2072004C1 (en) 1992-11-04 1992-11-04 Method of growing monocrystals of lithium ferrospinel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92003650A RU2072004C1 (en) 1992-11-04 1992-11-04 Method of growing monocrystals of lithium ferrospinel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU92003650A RU92003650A (en) 1995-06-19
RU2072004C1 true RU2072004C1 (en) 1997-01-20

Family

ID=20131438

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU92003650A RU2072004C1 (en) 1992-11-04 1992-11-04 Method of growing monocrystals of lithium ferrospinel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2072004C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Pointon A.J., Robertson J.M.LiFe 5 O 8 single crystals. J.Mat.Science, v.2, 1967, p.293-294. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Itoh et al. β-barium borate single crystal grown by a direct Czochralski method
Korczak et al. Liquid encapsulated Czochralski growth of silver thiogallate
Laudise et al. Growth of Yttrium Iron Garnet on a Seed from a Molten Salt Solution
JP2002293693A (en) Terbium-aluminum-garnet single crystal and method of manufacturing for the same
CA1171342A (en) Method of making magnetic film substrate composites
Tolksdorf et al. Crystal growth of magnetic garnets from high-temperature solutions
JPH0656590A (en) Method of growing crystal of beta barium borate
RU2072004C1 (en) Method of growing monocrystals of lithium ferrospinel
Nielsen Properties and preparation of magnetic materials for bubble domains
CN103993348A (en) Rare earth orthoferrite monocrystal growth method and application
Boakes et al. PARAMAGNETIC RESONANCE OF Yb $ sup 3+ $ IN YTTRIUM GALLIUM GARNET
Sole et al. Stabilization of β-BaB2O4 in the system BaB2O4–Na2O–Nd2O3
Elwell et al. The flux system BaO/Bi2O3/B2O3
Giess Liquid phase epitaxy of magnetic garnets
Ivleva et al. The growth of multicomponent oxide single crystals by stepanov's technique
Blank et al. Single Crystal Growth of Yttrium Orthoferrite by a Seeded Bridgman Technique
US3939252A (en) Dilithium heptamolybdotetragadolinate
US4235663A (en) Method of producing a dielectric of two-layer construction
LINARES Substitution of Aluminum and Gallium in Single‐Crystal Yttrium Iron Garnets
CA1302848C (en) Process for making homogeneous lithium niobate
Ferriol et al. Phenomenological investigation of inhomogeneities in Nd3+-doped Ba2NaNb5O15 single-crystal fibres grown by the laser-heated pedestal growth technique
JPH05117095A (en) Production of bismuth-substituted rare earth iron garnet
Rooijmans Crystals for magnetic applications
Gandhi Single crystal growth by a slow evaporation technique: Concept, mechanisms and applications
EP0187843A1 (en) Growth of single crystal cadmium-indium-telluride.