RU2103425C1

RU2103425C1 - Method of growing strontium tetraborate monocrystals

Info

Publication number: RU2103425C1
Application number: RU92005654A
Authority: RU
Inventors: Юрий Семенович Оселедчик; Виктор Васильевич Осадчук; Андрей Леонидович Просвирнин; Анатолий Феликсович Селевич; Александр Ильич Писаревский
Original assignee: Юрий Семенович Оселедчик; Виктор Васильевич Осадчук; Андрей Леонидович Просвирнин; Анатолий Феликсович Селевич; Александр Ильич Писаревский
Priority date: 1992-11-10
Filing date: 1992-11-10
Publication date: 1998-01-27

Abstract

FIELD: optical instrumentation engineering. SUBSTANCE: monocrystals apt to be used in manufacturing optical elements are grown from molten batch with stoichiometric composition onto oriented seed with rotation under programmed temperature reduction conditions. Optically uniform monocrystals obtained are characterized by large dimensions (volume larger than 7000 cu. mm). EFFECT: increased monocrystal size.

Description

Изобретение относится к получению оптических материалов, в том числе имеющих нелинейно-оптические свойства, и может быть использовано при изготовлении оптических элементов и в лазерном приборостроении. The invention relates to the production of optical materials, including those having nonlinear optical properties, and can be used in the manufacture of optical elements and in laser instrumentation.

Наиболее близким к изобретению является способ выращивания монокристаллов тетрабората стронция и свинца из расплава стехиометрического состава включающий процесс приготовления шихты, разогрев до температуры плавлениями медленное охлаждение. Компонентами шихты для приготовления расплава состава SrB₄O₇ являются SrO и B₂O₃ взятые в молярном отношении 1:2, либо Sr(NO₃)₂, H₃BO₃, либо SrCO₃, H₃BO₃.Closest to the invention is a method of growing single crystals of strontium tetraborate and lead from a melt of stoichiometric composition comprising the process of preparing the mixture, heating to melting temperature by slow cooling. The components of the mixture for the preparation of a melt of the composition SrB ₄ O ₇ are SrO and B ₂ O ₃ taken in a molar ratio of 1: 2, or Sr (NO ₃ ) ₂ , H ₃ BO ₃ , or SrCO ₃ , H ₃ BO ₃ .

Недостатком известного способа является получение мелких (1 • 1 • 2 мм³), игольчатой формы кристаллов, не пригодных для использования в оптике.The disadvantage of this method is to obtain small (1 • 1 • 2 mm ³ ), needle-shaped crystals, not suitable for use in optics.

Задача изобретения - выращивание больших монокристаллов, пригодных для изготовления нелинейно-оптических устройств, оптических элементов УФ-диапазона, модуляторов света. The objective of the invention is the growth of large single crystals suitable for the manufacture of nonlinear optical devices, optical elements of the UV range, light modulators.

Для этого в способе выращивания монокристаллов, включающем приготовление шихты стехиометрического состава, расплавление ее и последующее охлаждение, выращивание монокристаллов производится на ориентированную затравку с вращением и программированным вытяриванием. To this end, in a method for growing single crystals, including preparing a mixture of stoichiometric composition, melting it and then cooling it, growing single crystals is carried out on an oriented seed with rotation and programmed grinding.

Способ осуществляют следующим образом. Вначале готовят шихту из B₂O₃ и SrO стехиометрического состава, тщательно перемешивают, плавят шихту в платиновом тигле с возможно большим заполнением объема в плавильной печи с градиентом температур в приповерхностном слое расплава. В расплав, нагретый выше температуры плавления, помещают реверсивно вращающуюся платиновую мешалку, устанавливают температуру расплава выше температуры плавления не менее 25^oC, вводят ориентированную затравку в контакт с расплавом, подплавляют затравку, после чего понижают температуру расплава до температуры плавления и ниже для обеспечения разрастания монокристалла до заданного диаметра, затем стабилизируют температуру и кристалл вытягивают при непрерывном его вращении с регулируемой скоростью вытягивания по программе в соответствии с тепловыми характеристиками кристалл и тепловыми условиями в зона роста, а потом отрывают кристалл от расплава и охлаждают по программе.The method is as follows. First, a mixture of B ₂ O ₃ and SrO with a stoichiometric composition is prepared, mixed thoroughly, the mixture is melted in a platinum crucible with the largest possible volume filling in a melting furnace with a temperature gradient in the surface layer of the melt. A reversibly rotating platinum stirrer is placed in the melt heated above the melting temperature, the melt temperature is set above the melting temperature of at least 25 ^° C, the oriented seed is introduced into contact with the melt, the seed is melted, and then the melt temperature is lowered to the melting temperature and lower to ensure growth single crystal to a predetermined diameter, then the temperature is stabilized and the crystal is pulled during its continuous rotation with an adjustable drawing speed according to the program in accordance with vii with the thermal characteristics of the crystal and thermal conditions in the growth zone, and then they tear the crystal from the melt and cool it according to the program.

Способ был опробован в лабораторных условиях. Для получения расплава использовали стандартный платиновый тигель объемом 90 см³. При этом было взято 114,6 г B₂O₃ (ОСЧ) и 85,3 г SrO (ЧДА), что позволяет получить 75 см₃ расплава. Тигель устанавливался в печь сопротивления, в положение, при котором градиент температуры в приповерхностном слоя расплава, измеренный незащищенной платино-платино-родиевой термопарой, составлял 80 - 100/см. Расплав нагревался выше температуры кристаллизации (970^oC) на 25 - 30^oC. В расплав помещалась платиновая мешалка, которая реверсивно вращалась со скоростью 60 об/мин и периодом 5 мин. Процесс гомогенизации расплава продолжался 5 - 1O ч.The method was tested in laboratory conditions. To obtain the melt used a standard platinum crucible with a volume of 90 cm ³ . In this case, 114.6 g of B ₂ O ₃ (TSP) and 85.3 g of SrO (PSA) were taken, which makes it possible to obtain 75 cm _{3 of} melt. The crucible was installed in a resistance furnace, in a position in which the temperature gradient in the surface layer of the melt, measured by an unprotected platinum-platinum-rhodium thermocouple, was 80-100 / cm. The melt was heated above the crystallization temperature (970 ^° C) by 25-30 ^° C. A platinum stirrer was placed in the melt, which rotated reversely at a speed of 60 rpm and a period of 5 minutes. The melt homogenization process lasted 5-1O h.

Ориентированную по кристаллографической оси С затравку вводили в печь до соприкосновения с расплавом при 970 - 975^oC. В процессе подплавления затравки температура быстро снижается до температуры кристаллизации. По достижении температуры кристаллизации устанавливалась скорость снижения температуры 2^oC/сут и скорость вытягивания кристалла 1,5 мм/сут. Кристалл разращивался в конус до диаметра 20 мм. Снижение температуры прекращалось и устанавливалась скорость подъема кристалла 2 мм/сут. По достижении длины кристалла 20 мм кристалл приподнимают до отряда от расплава и охлаждают с печью со скоростью 20^oC/сут. Полученные кристаллы имели объем более 7000 мм³.Oriented along the crystallographic axis C, the seed was introduced into the furnace until it was in contact with the melt at 970 - 975 ^° C. During the process of melting the seed, the temperature rapidly decreased to the crystallization temperature. Upon reaching the crystallization temperature, a rate of temperature decrease of 2 ^° C / day and a crystal drawing speed of 1.5 mm / day were established. The crystal grew into a cone to a diameter of 20 mm. The temperature decrease was stopped and the rate of crystal rise was set to 2 mm / day. Upon reaching a crystal length of 20 mm, the crystal is raised to the detachment from the melt and cooled with the furnace at a rate of 20 ^o C / day. The resulting crystals had a volume of more than 7000 mm ³ .

Предлагаемый способ выращивания обеспечивает по сравнению с существующими в качестве преимущества большие размеры монокристалла, позволяющие использовать кристаллы для изготовления оптических преобразователей частоты и оптических элементов, однородность кристалла. The proposed method of growing provides, in comparison with the existing ones, as advantages, the large size of the single crystal, which allows the use of crystals for the manufacture of optical frequency converters and optical elements, the uniformity of the crystal.

Claims

A method of growing single crystals of strontium tetraborate, including the preparation of a mixture of stoichiometric composition, its melting and subsequent cooling, characterized in that the single crystals are grown on an oriented seed with rotation and programmed drawing.